[發明專利]衛星姿態控制系統執行器驅動符號不確定性的自適應補償方法

有效

• 申請號: 201510351626.1
• 申請日: 2015-06-23
• 公開（公告）號: CN104950900B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 馬亞杰;姜斌;陶鋼;程月華
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明屬于衛星姿態控制技術領域，特別是一種衛星姿態控制系統執行器驅動符號不確定性的自適應補償方法。

背景技術

航天技術是現代科學技術發展最快的尖端技術之一，其中，現代衛星技術的發展對促進人類文明和社會進步有著十分重要和積極的作用。作為現代衛星最重要的組成部分，姿態控制系統對其性能和安全可靠性起著決定性的作用。衛星是一個復雜的結構系統，且長時間工作在真空、失重、高低溫和強輻射環境下，傳感器、執行機構以及系統的元器件都不可避免地會發生故障，輕微故障會使得系統的穩定性受到破壞，控制性能顯著下降，嚴重故障則可能導致衛星完全失效，造成巨大的經濟損失。因此，如何改善控制性能、提高可靠性已經成為衛星姿態控制系統設計中不得不考慮的問題之一。未來先進衛星的控制系統必須具備自主決策和自適應容錯能力，因此應針對衛星姿態控制系統進行可靠性控制進行研究與技術開發。

對于衛星姿態控制系統中執行器驅動符號不確定性問題，專著“Space System Failures:Disasters and Rescues of Satellites,Rockets and Space Probes”(出版社：New York:Springer-Praxi；出版日期：2006；作者：D.M.Harland,R.D.Lorenz)中指出TIMED衛星(Thermosphere Ionosphere and Mesosphere Energetics and Dynamics，于2011年12月7日在范登堡發射)和Anik B1衛星(于1978年12月5日在加拿大發射)發生過執行器驅動符號反轉的問題。產生執行器驅動符號反轉的原因有很多，比如執行器電壓極性接反、或由于計算機故障引起的控制器產生符號相反的控制信號或者是衛星工作環境磁場極性發生反轉等。因此，如何補償衛星姿態控制系統中執行器驅動符號不確定性，改善其控制性能是衛星設計過程中不得不考慮的問題之一。

目前，用于檢測和辨識衛星執行器驅動符號反轉主要有：一是對執行器進行詳盡的地面測試，但該方法的檢測和辨識準確性較低；二是在軌發送開環控制指令，對比實際響應和期望響應，判斷驅動信號極性反轉的執行器，但是該方法需要大量耗時耗力的地面干預。

第三種用于補償衛星執行器驅動符號不確定性的控制方法是基于Nussbaum增益的方法。如美國專利US 8082047B1“Adaptive control method that compensates for sign error in actuator response”，以及論文“Spacecraft control with uncertain control gain”(M.Sharma,Proceedings of the AIAA Guidance,Navigation,and Control Conference,Toronto,Ontario Canada,AIAA 2010–7893,2010)。上述方法在設計控制器時，均是利用了與系統跟蹤誤差有關的正弦或余弦信號，使得控制信號持續跳變，從而導致系統響應較差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對基于Nussbaum增益的控制方法存在的控制信號持續跳變和瞬態響應差的缺陷，提供一種衛星姿態控制系統執行器驅動符號不確定性的自適應補償方法，使系統姿態角速度漸近跟蹤期望信號。

為了解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種衛星姿態控制系統執行器驅動符號不確定性的自適應補償方法，所述的衛星姿態控制系統的動力學方程為：

其中：ω_x、ω_y、ω_z是衛星空間轉動角速度在主慣量軸上的分量；是ω_x、ω_y、ω_z的導數；J_x、J_y、J_z是未知的主慣量軸的轉動慣量參數；u_x、u_y、u_z是由執行器產生的控制力矩，

其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、依據衛星姿態控制系統執行器工作狀況，對其驅動符號不確定性進行建模，組成執行器驅動符號模式集合；