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

1、在設(shè)計階段對衛(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)為研究對象，分析了系統(tǒng)的可重構(gòu)性并設(shè)計了基于切換控制的執(zhí)行機構(gòu)容錯控制方案，從理論分析和仿真驗證等方面開展了研究工作，主要研究內(nèi)容如下：
　　總結(jié)分析衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)中常見執(zhí)行機構(gòu)故障和傳感器故障。針對執(zhí)行機構(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)性評價方案來評估某一配置下的衛(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。其次，針對某一傳感器配置，從系統(tǒng)級的角度分析系統(tǒng)的可觀性與可重構(gòu)性之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，給出整個衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的可重構(gòu)性評價方案。最后針對某一配置的衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)模型進行仿真分析，說明該方案的有效性。
　　針對衛(wèi)星姿

3、態(tài)控制系統(tǒng)的多故障容錯問題，設(shè)計基于切換的監(jiān)測容錯控制機制。該機制在容錯控制中綜合了故障檢測與隔離，可以應(yīng)對不同的執(zhí)行機構(gòu)故障情況，而無需任何多余的濾波器或模型在線工作。首先針對執(zhí)行機構(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)計容錯控制器。然后，設(shè)計在這些候選控制器之間進行選擇的監(jiān)測切換律：切換開始于檢測到故障的時刻，終止于對應(yīng)容錯控制器切入系統(tǒng)的時刻。在整個切換的過程中，通過設(shè)計合理的切換時刻能夠保證衛(wèi)星姿態(tài)的有界

4、性。最后通過仿真驗證了所設(shè)計的監(jiān)測容錯方案在應(yīng)對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)行機構(gòu)完全失效的故障情況，針對只兩個動量輪正常工作的欠驅(qū)動剛體衛(wèi)星，設(shè)計切換控制對衛(wèi)星姿態(tài)進行容錯鎮(zhèn)定。在系統(tǒng)總角動量為零的假設(shè)條件下，欠驅(qū)動衛(wèi)星的方程小時間局部可控但無法通過單一光滑反饋控制律穩(wěn)定。設(shè)計兩個非線性控制律，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這一部分狀態(tài)輸入狀