[發明專利]基于T-S模糊模型與學習觀測器的衛星故障診斷與容錯控制方法

有效

• 申請號: 201310484771.8
• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號: CN103488092A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（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

技術領域

本發明屬于衛星故障診斷與容錯控制領域，尤其涉及一種基于T-S模糊模型與觀測器的衛星姿態控制系統的故障診斷與容錯控制方法。

背景技術

衛星姿態控制系統是保證衛星正常運行的重要組成部分，衛星姿控系統不僅被要求能夠有效的姿態控制，且必須具有高可靠性和安全性。然而衛星在軌運行時受到空間環境的各種攝動力作用以及高溫、低溫、電磁干擾、空間粒子輻射等多方面的環境因素，使得航天器各分系統、元部件的可靠度降低，從而容易發生故障。衛星姿控系統出現故障往往是致命的，輕則導致衛星丟失姿態、載荷無法正常工作，重則衛星墜毀，造成重大經濟損失。因此，為了提高衛星的可靠性和安全性，對衛星姿控系統進行故障診斷與容錯控制是十分必要的。

故障診斷主要分為三步驟：故障檢測、隔離和故障重構。通常利用故障檢測和隔離確定故障發生時間以及發生位置，利用故障重構獲得故障的大小。衛星姿態控制系統的故障診斷技術受到了專家學者的極大關注，已有豐富的研究成果；然而現有方法主要研究了衛星姿控系統的故障檢測和故障隔離，衛星姿控系統故障重構受到極少關注；且現有故障診斷方法無法有效處理空間干擾力矩的影響、保證故障診斷方法的魯棒性。容錯控制分為：被動容錯控制和主動容錯控制，前者將故障作為額外干擾，設計容錯控制器對可能發生故障具有魯棒性，但此方法僅具有有限容錯能力；后者要求已知故障診斷結果，進一步設計主動容錯控制器，該方法具有更好的容錯性能。因無需故障檢測、隔離以及故障重構單元，衛星姿控系統被動容錯控制獲得專家學者的青睞；為了進一步提高衛星姿控系統的容錯控制性能，基于故障診斷結果，研究衛星姿態控制系統的主動容錯控制，進一步提高容錯控制精度具有重要現實意義，然而此方法受到較少關注，有待進一步研究。

考慮衛星在軌運行不可避免受到空間干擾影響，這將極大限制了衛星姿控系統的故障診斷精度和容錯控制性能。利用新的故障診斷和容錯控制技術抑制空間干擾的影響，提高故障診斷精度和容錯控制性能具有重要的現實意義。

發明內容

本發明是要解決現有故障診斷方法無法有效處理空間干擾力矩的影響、保證故障診斷方法的魯棒性以及現有容錯控制方法容錯性能差的問題，而提出基于T-S模糊模型與學習觀測器的衛星姿態控制系統的故障診斷與容錯控制方法。

本發明所述基于T-S模糊模型與學習觀測器的衛星姿態控制系統的故障診斷與容錯控制方法，按以下步驟進行：

步驟1、根據衛星姿態動力學方程和陀螺測量方程，建立非線性衛星姿控系統的數學模型；

步驟2、將步驟1獲得的非線性衛星姿控系統模型在r個工作點ω₁,ω₂,…,ω_r進行模糊線性化，設計r條if-then模糊規則，建立衛星姿控T-S模糊系統；

步驟3、針對步驟2獲得的衛星姿控系統的T-S模糊模型，設計T-S模糊學習觀測器實現衛星姿態角速度估計和執行機構的魯棒故障檢測、隔離以及故障重構；

步驟4、基于步驟3中獲得的衛星姿態角速度和執行機構故障重構信號設計狀態反饋容錯控制器，使得衛星姿控T-S模糊系統閉環穩定。

本發明包括以下有益效果：

1、考慮衛星姿態控制系統的強非線性，建立了衛星姿控系統的T-S模糊模型代替其強非線性數學模型；

2、設計T-S模糊學習觀測器實現全部執行機構的魯棒故障檢測、隔離與故障重構。與現有技術相比，提高了故障診斷的魯棒性和精度，所設計觀測器對部分空間干擾力矩解耦，且具有良好的抗干擾能力，利用所提觀測器能夠同時檢測、隔離和重構執行機構故障，有效保證了衛星姿控系統的可靠性和安全性。

附圖說明

圖1為本發明方法的設計流程框圖。

具體實施方式

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合圖1和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

具體實施方式一、本實施方式所述基于T-S模糊模型與學習觀測器的衛星姿態控制系統的故障診斷與容錯控制方法按以下步驟進行：

步驟1、根據衛星姿態動力學方程和陀螺測量方程，建立非線性衛星姿控系統的數學模型；

步驟2、將步驟1獲得的非線性衛星姿控系統模型在r個工作點ω₁,ω₂,…,ω_r進行模糊線性化，設計r條if-then模糊規則，建立衛星姿控T-S模糊系統；