基于切換系統(tǒng)方法的衛(wèi)星姿態(tài)容錯(cuò)控制技術(shù)研究.pdf

1、在設(shè)計(jì)階段對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的可重構(gòu)性水平做出分析，并在姿態(tài)控制系統(tǒng)故障造成災(zāi)難性影響之前采取容錯(cuò)控制技術(shù)盡早處理故障，可以有效地提高系統(tǒng)的可重構(gòu)性水平和故障處理能力。本文以衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析了系統(tǒng)的可重構(gòu)性并設(shè)計(jì)了基于切換控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)容錯(cuò)控制方案，從理論分析和仿真驗(yàn)證等方面開(kāi)展了研究工作，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　總結(jié)分析衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)中常見(jiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障和傳感器故障。針對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器的故障情況，將可重構(gòu)性的概

2、念引入衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)，提出可重構(gòu)性評(píng)價(jià)方案來(lái)評(píng)估某一配置下的衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的在軌可重構(gòu)性。首先，根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)配置分析系統(tǒng)故障后的可控性及控制能耗，并利用可控性格蘭姆矩陣的最小特征值給出系統(tǒng)可重構(gòu)性的度量指標(biāo)。其次，針對(duì)某一傳感器配置，從系統(tǒng)級(jí)的角度分析系統(tǒng)的可觀性與可重構(gòu)性之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，給出整個(gè)衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的可重構(gòu)性評(píng)價(jià)方案。最后針對(duì)某一配置的衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真分析，說(shuō)明該方案的有效性。
　　針對(duì)衛(wèi)星姿

3、態(tài)控制系統(tǒng)的多故障容錯(cuò)問(wèn)題，設(shè)計(jì)基于切換的監(jiān)測(cè)容錯(cuò)控制機(jī)制。該機(jī)制在容錯(cuò)控制中綜合了故障檢測(cè)與隔離，可以應(yīng)對(duì)不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障情況，而無(wú)需任何多余的濾波器或模型在線工作。首先針對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不同軸發(fā)生恒偏差故障和卡死故障的情況，采用滑?？刂品椒ǚ謩e設(shè)計(jì)容錯(cuò)控制器。然后，設(shè)計(jì)在這些候選控制器之間進(jìn)行選擇的監(jiān)測(cè)切換律：切換開(kāi)始于檢測(cè)到故障的時(shí)刻，終止于對(duì)應(yīng)容錯(cuò)控制器切入系統(tǒng)的時(shí)刻。在整個(gè)切換的過(guò)程中，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的切換時(shí)刻能夠保證衛(wèi)星姿態(tài)的有界

4、性。最后通過(guò)仿真驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)容錯(cuò)方案在應(yīng)對(duì)多故障情況下的有效性。
　　考慮衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完全失效的故障情況，針對(duì)只兩個(gè)動(dòng)量輪正常工作的欠驅(qū)動(dòng)剛體衛(wèi)星，設(shè)計(jì)切換控制對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)進(jìn)行容錯(cuò)鎮(zhèn)定。在系統(tǒng)總角動(dòng)量為零的假設(shè)條件下，欠驅(qū)動(dòng)衛(wèi)星的方程小時(shí)間局部可控但無(wú)法通過(guò)單一光滑反饋控制律穩(wěn)定。設(shè)計(jì)兩個(gè)非線性控制律，使得系統(tǒng)部分狀態(tài)在某一控制律作用下對(duì)另一部分狀態(tài)輸入狀態(tài)穩(wěn)定，而另一部分狀態(tài)在另一控制律作用下對(duì)這一部分狀態(tài)輸入狀