[發(fā)明專利]基于T-S模糊模型與學習觀測器的衛(wèi)星故障診斷與容錯控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310484771.8
• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號: CN103488092A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設計）人: 賈慶賢;張迎春;耿云海;李誠良;胡芳芳;管宇;李化義;陳雪芹
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D1/08
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

1.基于T-S模糊模型與學習觀測器的衛(wèi)星故障診斷與容錯控制方法，其特征在于它按以下步驟進行：?

步驟1、根據(jù)衛(wèi)星姿態(tài)動力學方程和陀螺測量方程，建立非線性衛(wèi)星姿控系統(tǒng)的數(shù)學模型；?

步驟2、將步驟1獲得的非線性衛(wèi)星姿控系統(tǒng)模型在r個工作點ω₁,ω₂,…,ω_r進行模糊線性化，設計r條if-then模糊規(guī)則，建立衛(wèi)星姿控系統(tǒng)的T-S模糊模型；?

步驟3、針對步驟2獲得的衛(wèi)星姿控系統(tǒng)的T-S模糊模型，設計T-S模糊學習觀測器實現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)角速度估計和執(zhí)行機構(gòu)的魯棒故障檢測、隔離以及故障重構(gòu)；?

步驟4、基于步驟3中獲得的衛(wèi)星姿態(tài)角速度和執(zhí)行機構(gòu)故障重構(gòu)信號設計狀態(tài)反饋容錯控制器，使得衛(wèi)星姿控系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定。?

2.如權利要求1所述的基于T-S模糊模型與學習觀測器的衛(wèi)星故障診斷與容錯控制方法，其特征在于步驟一的具體內(nèi)容為：考慮衛(wèi)星出現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)故障和空間干擾力矩，根據(jù)衛(wèi)星姿態(tài)動力學方程和陀螺測量方程，建立非線性衛(wèi)星姿控系統(tǒng)的數(shù)學模型為：?

ω_g(t)=Cω(t)?。

3.如權利要求2所述的基基于T-S模糊模型與學習觀測器的衛(wèi)星故障診斷與容錯控制方法，其特征在于步驟二的具體內(nèi)容為：將步驟一建立的非線性衛(wèi)星姿控系統(tǒng)的數(shù)學模型進行模糊線性化，選取r個操作點，ω₁,ω₂,…,ω_r，建立r條if-then模糊規(guī)則，具體模糊規(guī)則建立如下：?

如果ω_x是M_i1，ω_y是M_i2,ω_z是M_i3，則?

ω_g(t)=C_iω(t)?

則衛(wèi)星姿控系統(tǒng)的T-S模糊模型描寫如下：?

。

4.如權利要求3所述的基于T-S模糊模型與學習觀測器的衛(wèi)星故障診斷與容錯控制方法，其特征在于步驟三的具體內(nèi)容為：針對步驟二所述的衛(wèi)星姿控系統(tǒng)T-S模糊模型，分別針對滾動軸、俯仰軸和偏航軸執(zhí)行機構(gòu)設計學習觀測器實現(xiàn)全部執(zhí)行機構(gòu)故障檢測、隔離和故障?重構(gòu)。設計的學習觀測器如下：?

假設?

T+HC=I₃

則誤差動力學方程為：?

為了實現(xiàn)全部執(zhí)行機構(gòu)的魯棒故障檢測、隔離和故障重構(gòu)，需設計三個學習觀測器，具體設計步驟如下：?

1）針對滾動軸執(zhí)行機構(gòu)故障，設計觀測器增益T解耦俯仰軸和偏航軸的空間干擾力矩，即：?

結(jié)合等式T+HC=I₃，此觀測器增益矩陣T,H可獲得如下：?

2）針對俯仰軸執(zhí)行機構(gòu)故障，設計觀測器增益T解耦滾動軸和偏航軸的空間干擾力矩，即：?

此觀測器增益矩陣T,H可獲得如下：?

3)考慮偏航軸執(zhí)行機構(gòu)故障，設計觀測器增益T解耦滾動軸和俯仰軸的空間干擾力矩，即：?

此觀測器增益矩陣T,H可獲得如下：?

給出求解三個學習觀測器的其他增益矩陣方法：?

給定正常數(shù)ε≥0,α₁>1，存在正定對稱矩陣P,Q和矩陣Y_i使得對于i∈[1,2,…,r]有如下條件成立：?

PTF_i=α(K_2iC)^T

其中α=(1+ε)λ_max(Q)，通過不等式可選擇合適的增益矩陣K₁；為了求解觀測器增益L_i,K_2i，將等式PTF_i=α(K_2iC)^T轉(zhuǎn)化為如下線性矩陣不等式的求解問題：?

最小化μ?

因此利用MATLAB/LMI工具箱求解不等式和?

可獲得觀測器增益L_i,K_2i。?

5.如權利要求4所述的基于T-S模糊模型與學習觀測器的衛(wèi)星故障診斷與容錯控制方法，其特征在于步驟四的具體內(nèi)容為：基于步驟三獲得的衛(wèi)星姿態(tài)角速度?和執(zhí)行機構(gòu)故障重構(gòu)信號設計如下狀態(tài)反饋容錯控制器：?

因此可得閉環(huán)衛(wèi)星姿控T-S模糊系統(tǒng)如下：?

其中Δ_i=B_iKe_ω(t)+B_ie_f(t)+E_id(t)，為了使得衛(wèi)星姿控系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定，要求對于i∈[1,2,…,r]，A_i-B_iK是Hurwitz矩陣。?