This paper focuses on the potential actuator failures of spacecraft in practical engineering applications. Aiming at the shortcomings and deficiencies in the existing attitude fault-tolerant control system design, combined with the current research status of attitude fault-tolerant control technology, we carry out high-precision, fast-convergent attitude tracking algorithms. Based on the adaptive nonsingular terminal sliding mode control theory, we design a kind of fixed-time convergence control method. This method solves the problems of actuator faults, actuator saturation, external disturbances, and inertia uncertainties. The control method includes control law design and controller design. The designed fixed-time adaptive nonsingular terminal sliding mode control law is applicable to the development of fixed-time fault-tolerant attitude tracking controller with multiple constraints. The designed controller considers the saturation of the actuator output torque so that the spacecraft can operate within the saturation magnitude without on-line fault estimation. Lyapunov stability analysis shows that under multiple constraints such as actuator saturation, external disturbances, and inertia uncertainties, the controller has fast convergence and has good fault tolerance to actuator fault. The numerical simulation shows that the controller has good performance and low-energy consumption in attitude tracking control.

中文翻译：

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具有执行器饱和和故障的航天器的自适应固定时间非奇异终端滑模姿态跟踪控制

本文重点研究实际工程应用中航天器潜在的执行器故障。针对现有姿态容错控制系统设计中的缺陷和不足，结合姿态容错控制技术的研究现状，我们进行了高精度，快速收敛的姿态跟踪算法的研究。基于自适应非奇异终端滑模控制理论，设计了一种固定时间收敛控制方法。该方法解决了执行器故障，执行器饱和，外部干扰和惯性不确定性的问题。控制方法包括控制律设计和控制器设计。所设计的固定时间自适应非奇异终端滑模控制律适用于具有多个约束的固定时间容错姿态跟踪控制器的开发。设计的控制器考虑了执行器输出扭矩的饱和度，因此航天器可以在饱和度范围内运行，而无需进行在线故障估计。Lyapunov稳定性分析表明，在执行器饱和，外部干扰和惯性不确定性等多种约束下，控制器具有快速收敛性，并且对执行器故障具有良好的容错能力。数值仿真表明，该控制器在姿态跟踪控制中具有良好的性能和较低的能耗。设计的控制器考虑了执行器输出扭矩的饱和度，因此航天器可以在饱和度范围内运行，而无需进行在线故障估计。Lyapunov稳定性分析表明，在执行器饱和，外部干扰和惯性不确定性等多种约束下，控制器具有快速收敛性，并且对执行器故障具有良好的容错能力。数值仿真表明，该控制器在姿态跟踪控制中具有良好的性能和较低的能耗。设计的控制器考虑了执行器输出扭矩的饱和度，因此航天器可以在饱和度范围内运行，而无需进行在线故障估计。Lyapunov稳定性分析表明，在执行器饱和，外部干扰和惯性不确定性等多种约束下，控制器具有快速收敛性，并且对执行器故障具有良好的容错能力。数值仿真表明，该控制器在姿态跟踪控制中具有良好的性能和较低的能耗。