[發明專利]一種衛星輸出反饋容錯控制器的設計方法

在審

• 申請號: 201611077558.5
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN108133066A
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 何旭;張偉;高升;冷雨泉
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 李巨智

本發明涉及一種基于滯后切換策略的輸出反饋切換控制器設計方法，對被控對象的故障進行建模，得到每種故障模式對應的子系統模型；根據故障因子設定容錯控制器切換面的初始值、上下限和步長，設定H_∞參數的初始值作為存儲值；根據子系統模型和容錯控制器切換面的初始值、上下限和步長設置，通過矩陣不等式約束構建控制器；如果容錯控制器切換面到達上限，則保存求解結果。本發明應用滯后切換策略的控制器和切換律設計方法，應用冗余備份慣性輪特點設計故障發生狀態下的控制器設計，使衛星控制器在慣性輪發生故障時可以平穩切換至備份慣性輪的控制律，同時具有較高的干擾抑制水平，提高衛星運行的安全性和可靠性。

技術領域

本發明涉及衛星容錯控制領域，具體地說是一種衛星輸出反饋容錯控制器的設計方法。

背景技術

慣性輪是衛星控制系統的執行機構，是衛星姿態控制不可缺少的基礎設備，也是衛星能夠在軌運行的根本保證，慣性輪的可靠性和安全性是衛星穩定運行的必要前提。在衛星的姿態控制中，需要通過歐拉法或者四元素法對姿態進行建模和控制。在衛星運行中，對可靠性和安全性的要求極高，慣性輪的設計中包含了備份慣性輪使某一工作慣性輪出現故障姿態系統仍然可以正常工作。這樣，通過切換控制器的設計容錯控制器可以使系統在慣性輪故障時切換至備份慣性輪繼續穩定運行。

切換策略已經在線性變參數領域得到了廣泛的研究。切換控制使變參數控制器設計更加靈活和實用。目前的研究已經將該切換變參數控制策略應用至導彈系統、飛行器系統、發電系統和倒立擺等系統中。

滯后切換是切換策略中的常用方法。其原理是將變參數系統的參數區間進行劃分，參數在不同子區間變化時系統使用不同的子控制器。滯后切換方法在劃分中對相鄰的兩個子區間設計不同的切換面，并在不同的切換面上設立不同的切換條件。這樣，對于每一個不同的參數子區域，參數變化引起的控制器的切入和切出條件是不同，避免了參數變化導致的頻繁切換。

H_∞方法是魯棒控制中的常用方法，該方法在保證系統穩定的同時，對系統對擾動輸入的抑制參數進行優化，求解得到的控制器使系統穩定，并且使閉環系統具備抗擾動能力。通常通過使用線性矩陣不等式約束方法，求解未知矩陣，最終得到控制器的具體形式。

在現有的容錯控制方法中，通常故障切入和切出采用同樣的切換條件。這種切換策略可能導致切換面附近頻繁切換，基于滯后切換策略的容錯控制器設計將故障切入和切出切換面分開，使切入和切出之間形成緩沖，該設計可以有效地避免故障面附近的頻繁切換。

通過建立狀態反饋控制器對系統進行控制和容錯切換控制必須建立在已知全部的狀態信息的前提下，因此，當無法獲知全部狀態信息的情況，狀態反饋控制器無法對系統進行控制以及容錯切換控制，故條件比較苛刻，適用性不強。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于滯后切換策略的輸出反饋切換控制器設計方法。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：

一種基于滯后切換策略的輸出反饋切換控制器設計方法，包括以下步驟：

步驟1：對被控對象的故障進行建模，得到每種故障模式對應的子系統模型；

步驟2：根據故障因子設定容錯控制器切換面的初始值、上下限和步長，設定H_∞參數的初始值作為存儲值；

步驟3：根據子系統模型和容錯控制器切換面的初始值、上下限和步長設置，通過矩陣不等式約束構建控制器；

步驟4：如果容錯控制器切換面到達上限，則保存求解結果，否則返回步驟3。

所述子系統模型為：

z＝C₁x+D₁₁ω+D_12,iF(ρ)u,