[發明專利]一種柔性航天器傳感器故障調節方法

有效

• 申請號: 201710797538.3
• 申請日: 2017-09-06
• 公開（公告）號: CN107703742B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 高志峰;韓冰;蔣國平;錢默抒;林金星;周澤鵬
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 蔣海軍

1.一種柔性航天器傳感器故障調節方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

a：建立柔性航天器的動力學模型，具體如下：

上式中，θ(t)∈R^3×1表示姿態角向量，包括滾動角θ_x、俯仰角θ_y和偏航角θ_z；η(t)∈R^n×1表示柔性附件相對于主體坐標系的彈性模態，n為柔性附件的數量；u(t)∈R^3×1表示控制力矩；J∈R^3×3表示柔性航天器的總慣性矩陣；D和K∈R^n×n分別表示柔性附件的阻尼矩陣和剛度矩陣；δ∈R^n×3表示柔性附件與剛體平臺之間的耦合矩陣；

b：將柔性航天器的動力學模型轉化為一般的狀態空間形式，并引入傳感器故障及系統參數不確定模型，具體如下：

y(t)＝Cx(t)+f_s(t)

上式中，為狀態變量；為柔性附件引起的擾動，并且滿足||d(t)||≤d₀，d₀為未知的常數；ΔA(t)＝MF(t)E為系統參數不確定，其中，M和E是已知的常實矩陣，F(t)為未知的時變實矩陣，滿足不等式F(t)^TF(t)＜I₄；f_s(t)∈R^4×4表示傳感器故障，并且滿足||f_s||≤l，其中，l和l_d為未知的正標量；

C＝I_4×4；

c：引入濾波器，將系統轉化為具有執行器故障的擴張系統，濾波器形式具體如下：

上式中，z(t)表示濾波器狀態觀測值；A_f為Hurwitz矩陣；

使系統輸出通過上述濾波器，引入增廣狀態向量將系統轉化為如下帶有執行器故障的擴張系統形式：

z(t)＝C_ax(t)

上式中，

d：針對步驟c中的擴張系統，建立自適應故障估計觀察器，具體如下：

上式中，和表示f_s和z的估計值；L為未知的參數矩陣；

自適應故障估計律設計如下：

上式中，實矩陣K和正標量σ滿足不等式σ＞λ_max(K^-1)；

觀測器增益矩陣通過如下帶有等式約束的線性矩陣不等式進行求解：

P₁D_a＝C_a^TR

上式中，P₁為對稱實矩陣，通過上式求解出P₁和Q，L通過L＝P₁^-1Q獲得；

e：利用故障信號，直接對傳感器測量輸出進行補償，基于自適應積分滑模方法，設計容錯控制器，具體如下：

定義如下基于輸出的積分滑模面：

上式中，為補償后的輸出信號；t₀為任意初始時刻，G＝(CB)⁺-Y(I-(CB)(CB)⁺)，Y為維數適當的任意矩陣；

容錯控制器設計如下：

u(t)＝u_l(t)+u_n(t)

u_l(t)＝Ny_c(t)

上式中，λ為正標量；N為輸出反饋增益矩陣，可通過如下線性矩陣不等式進行求解：

上式中，P₂為對稱實矩陣，Ξ₁₂＝-BG+BN，φ＝I-BGC。