[發明專利]一種執行機構受損下的航天器抗干擾姿控方法

有效

• 申請號: 201810261712.7
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN108415255B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 喬建忠;谷亞培;郭雷;李文碩;徐健偉
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D1/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;鄧治平

本發明涉及一種執行機構受損下的航天器抗干擾姿控方法。該方法針對空間對抗下航天器執行機構受到敵方物理攻擊同時航天器平臺受到外部環境干擾及系統未建模動態影響的航天器抗干擾姿控系統；首先，建立執行機構受損同時受外部環境干擾及系統未建模動態影響的航天器姿態控制系統模型；其次，設計干擾觀測器，對外部環境干擾及系統未建模動態造成的等價干擾進行估計；再次，針對執行機構受攻擊導致的執行機構失效故障，設計學習觀測器，對執行機構故障進行重構；最后，根據等價干擾估計值和執行機構故障重構信息設計復合控制器，構造出一種執行機構受損下的航天器抗干擾姿控方法。本發明適用于航天器姿態控制系統高精度、高可靠控制。

技術領域

本發明涉及一種執行機構受損下的航天器抗干擾姿控方法，可以實現空間對抗環境下航天器執行機構受損下的故障重構與多源干擾抑制與補償，可用于航天器姿態控制系統的高精度、高可靠性控制。

背景技術

隨著空間軍事化的快速演變，外層空間逐漸成為當今世界各國維護國家安全和切身利益的戰略制高點，軍事領域的對抗也隨之拓展到了外層空間，航天器作為一種空間武器在實施對地的精確打擊過程中需要姿態控制系統高精度、高可靠地對準地面打擊目標。因而對航天器的姿態控制系統也提出了更高的要求。然而，在現代空間對抗過程中，航天器往往會受到欺騙攻擊、平臺攻擊等各種形式的攻擊，其中平臺攻擊技術作為空間進攻的一種重要手段，主要是直接攻擊航天器平臺，使得航天器的執行機構、星敏感器及太陽能帆板等部分或整體能力永久性消除，以達到作戰效果。一旦航天器的噴管、離子推進系統等執行機構遭受平臺攻擊喪失部分能力，將會導致航天器姿態控制系統的可靠性嚴重降低，甚至導致航天器武器功能喪失。同時，考慮到航天器一方面由于所處空間環境的復雜性，使得航天器受到太陽光壓力矩、氣動力矩等環境干擾；另一方面，目前常用的航天器動力學模型在建模上存在著誤差，這些外部環境干擾及建模誤差都會在一定程度上影響著航天器姿態控制的精度。因此，研究執行機構受損情況下的航天器姿控系統高精度、高可靠性控制是一個極具研究價值的焦點。

目前，針對同時含有多源干擾及平臺攻擊的航天器姿態控制系統，中國專利申請號201310484771.8提出了一種基于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，但該專利僅僅針對執行機構故障重構問題，并未考慮衛星所受到的環境干擾及未建模動態引起的不確定性；中國專利申請號201710379752.7提出了一種基于迭代學習干擾觀測器的航天器姿態容錯控制方法，但該專利將執行機構故障造成的乘性故障及安裝偏差以及航天器所受來自空間環境的外部擾動造成的加性干擾定義成一個加性的廣義干擾，用迭代學習干擾觀測器進行統一學習觀測，對執行機構故障重構誤差及安裝偏差和外部擾動的估計誤差無法進行精細優化。綜上所述，現有的控制方法無法針對同時受到平臺攻擊及多源干擾的航天器姿態系統進行精確、可靠的控制。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對空間對抗進攻中的平臺攻擊對航天器姿態控制系統造成的執行機構故障并且存在外部環境干擾、系統未建模動態的問題，設計了一種執行機構受損下的航天器抗干擾姿控方法，具有控制精度高、可靠性高的優點。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案為：一種執行機構受損下的航天器抗干擾姿控方法，包括以下步驟：

第一步，建立執行機構受損同時受外部環境干擾及系統未建模動態影響的航天器姿態控制系統模型；

第二步，設計干擾觀測器，對外部環境干擾及系統未建模動態造成的等價干擾進行估計；

第三步，針對執行機構受攻擊導致的執行機構失效故障，設計學習觀測器，對執行機構故障進行重構；

第四步，根據等價干擾估計值和執行機構故障重構信息設計復合控制器，構造出一種執行機構受損下的航天器抗干擾姿控方法。

具體實施步驟如下：

第一步，建立執行機構受損同時受外部環境干擾及系統未建模動態影響的航天器姿態控制系統模型Σ₁為：