[發明專利]一種基于二階滑模觀測器的航天器故障診斷方法

有效

• 申請號: 201810418429.0
• 申請日: 2018-05-04
• 公開（公告）號: CN110442110B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 高升;張偉;何旭;劉英麗;黃昊;丁靚
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 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

1.一種基于二階滑模觀測器的航天器故障診斷方法，其特征在于：包括以下步驟：

采用羅德里格參數建立剛體航天器姿態數學模型，根據剛體航天器姿態數學模型建立非線性動力學方程，并將非線性動力學方程進行改寫，根據改寫的非線性動力學方程設計二階滑模觀測器；

對二階滑模觀測器的等價注入項進行低通濾波處理，估計故障的外輪廓，將故障的估計值與設定的閾值進行比較，完成系統故障診斷；

所述二階滑模觀測器為：

α＞f⁺,

其中，x₁為σ的符號表示；x₂為的符號表示；為x₁的估計值，為的導數；為x₂的估計值，為的導數；z₁和z₂均為二階滑模觀測器的等價注入項，其中z₁為二階滑模觀測器的第一等價注入項；z₂為二階滑模觀測器的第二等價注入項；J^*(x₁)為對稱正定矩陣，(J^*(x₁))^-1為J^*(x₁)的逆矩陣；為狀態矩陣；G^T(x₁)為轉換矩陣；λ為z₁的比例系數，α為z₂的比例系數；sign()為符號函數；max()為取最大值函數；f⁺為估計常數；m,n,p為正整數；為對取絕對值；τ為作用于航天器的控制力矩；d為作用于航天器的干擾力矩；

所述對二階滑模觀測器的等價注入項進行低通濾波處理為：

其中，z₂為二階滑模觀測器的等價注入項；為z₂進行低通濾波后的值；ε為z₂和之間的差值；

所述故障的外輪廓可估計為：

其中，為z₂進行低通濾波后的值；Δτ為作用于航天器的故障力矩值；

所述將故障的估計值與設定的閾值進行比較包括：

其中，r為航天器系統故障指示值，當“r＝1”時表示系統發生故障；“r＝0”表示系統未發生故障；為對取絕對值；T為設定的閾值。

2.根據權利要求1所述的基于二階滑模觀測器的航天器故障診斷方法，其特征在于：所述剛體航天器姿態數學模型為：

其中，σ為航天器姿態信息；為σ的導數；σ^T為σ的轉置；σ^×為σ的叉乘矩陣；F(σ)為σ的狀態矩陣；ω為航天器角速度信息；為ω的導數；ω^×為ω的叉乘矩陣；J為航天器的轉動慣量矩陣；τ為作用于航天器的控制力矩；d為作用于航天器的干擾力矩；I為單位矩陣。

3.根據權利要求1所述的基于二階滑模觀測器的航天器故障診斷方法，其特征在于：所述非線性動力學方程為：

J^*(σ)＝G^T(σ)JG(σ),

其中，σ為航天器姿態信息；為σ的導數；為σ的二階導數；J^*(σ)為σ的對稱正定矩陣；為σ和的狀態矩陣；G(σ)為σ的轉換矩陣；G^T(σ)為G(σ)的轉置；d為作用于航天器的干擾力矩；為轉換后的干擾力矩；F(σ)為σ的狀態矩陣；為F(σ)的導數；J為航天器的轉動慣量矩陣；×為求叉乘矩陣符號。

4.根據權利要求1所述的基于二階滑模觀測器的航天器故障診斷方法，其特征在于：所述將非線性動力學方程進行改寫為：

y＝x₁

其中，x₁為σ的符號表示；x₂為的符號表示；為x₁的導數；為x₂的導數；J^*(x₁)為對稱正定矩陣；C(x₁,x₂)為狀態矩陣；G^T(x₁)為轉換矩陣；τ為作用于航天器的控制力矩；Δτ為作用于航天器的故障力矩值；y為系統輸出；d為作用于航天器的干擾力矩。