[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

本發明公開了一種柔性航天器傳感器故障調節方法，屬于航空航天飛行控制技術領域。傳感器故障調節方法主要由故障估計模塊和容錯控制器組成，利用濾波器和自適應觀測器構成故障估計模塊；利用故障估計信息和傳感器輸出信號，結合自適應積分滑模控制技術建立容錯控制器，通過Lyapunov穩定性理論，證明系統在出現傳感器故障情況下的漸近穩定性；最后，仿真實驗結果證明了本發明所提出方法的有效性。本發明解決了柔性航天器運行過程中出現傳感器測量偏移故障時的容錯控制問題，實現在傳感器故障情況下對姿態角的準確控制，使系統對故障具有強容忍能力；同時，該方法設計過程中充分考慮了航天器參數不確定和柔性附件產生的擾動，適于工程應用。

技術領域

本發明屬于航空航天飛行控制技術領域，具體是涉及一種基于自適應積分滑模輸出反饋控制的柔性航天器傳感器故障調節方法。

背景技術

目前，柔性航天器是執行空間探測、空間基礎設施建設、對地觀測等重大空間任務的重要基礎平臺，因此柔性航天器的研究對于空間計劃、軍事活動、科學研究、政治經濟具有重要影響，受到各航天大國的極大重視。柔性航天器通常帶有大型復雜展開天線、太陽能帆板、機械臂等撓性附件，相比于傳統航天器結構更為復雜，柔性航天器姿態動力學參數存在不確定性，同時，由于柔性航天器長期在軌道自主執行任務，受到制造水平、建造成本、運行環境等因素的影響，使得其姿態控制系統極易出現故障，因此，針對柔性航天器進行故障診斷與容錯控制研究具有重要的現實意義。

目前，針對柔性航天器的故障診斷與容錯控制研究，主要集中于執行器出現故障的情況，例如，執行器效率損失、卡死、偏移等故障，但同時考慮傳感器故障與系統參數不確定的情況卻相當少見，根據公開資料顯示，傳感器故障在航天器在軌故障中所占的比例卻相當大，如參考文獻：譚春林，等.國外航天器在軌故障統計與分析.航天器工程，20(4)：130-136,2011明確指出；因此，為了使得柔性航天器的故障診斷與容錯控制研究，對柔性航天器出現傳感器故障的情況進行故障診斷與容錯控制研究十分必要。現有的傳感器故障診斷研究成果表示，主要思路是把傳感器故障轉化為執行器故障診斷與容錯控制問題，應用處理執行器故障的方法來處理傳感器故障；在容錯控制方面，自適應滑模技術被廣泛地應用在柔性航天器的姿態控制問題上，但是研究成果仍存在以下幾方面問題：

(1)利用傳統的基于坐標變換技術的故障估計方法，將傳感器問題轉化為執行器問題時，對系統的輸出矩陣有較為嚴格的假設條件，不利于廣泛地應用及推廣；

(2)故障估計的準確性差，難以控制；

(3)維持滑模運動時，會引起系統劇烈的抖振；

(4)系統狀態到達滑模面時間過長，不具有時效性。

如中國專利CN106094514公開了一種基于動態輸出反饋控制的柔性航天器主動容錯控制方法，該方法首先將柔性航天器姿態控制系統的動力學方程轉化為一般的狀態空間方程，其次建立出現加性傳感器測量偏移的故障模型，再建立未知輸入觀測器和濾波器組成的故障檢測與辨識模塊，對未知的傳感器故障進行實時檢測和在線估計，最后利用獲得的故障估計值估計信息設計基于動態輸出反饋的容錯控制器，該方法可以使得柔性航天器在發生加性傳感器測量偏移故障時能夠正常的達到所期望的姿態，同時在設計的過程中考慮了建模不確定和柔性附件產生的擾動對系統造成的影響，并且故障診斷與辨識模塊與容錯控制器可以單獨設計；雖然該專利對加性傳感器測量偏移故障進行相應考慮，但是并沒有對其實際進行計算和驗證。

因此，需要提出一種新型的柔性航天器傳感器故障調節方法。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，對柔性航天器傳感器故障主要集中于執行器出現故障但未同時考慮傳感器故障與系統參數不確定的情況，本發明提供一種基于自適應積分滑模輸出反饋控制的柔性航天器傳感器故障調節方法，針對柔性航天器姿態控制系統發生傳感器測量偏差故障的情況，能夠準確估算傳感器故障信息，消除傳感器故障對系統的影響，使得柔性航天器快速準確地達到期望的要求。