[發明專利]一種故障系統自適應容錯方法及系統

在審

• 申請號: 202011411940.1
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112526884A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 任章;劉亦石;董希旺;李清東;于江龍
• 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;F42B15/01
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王愛濤

本發明公開了一種故障系統自適應容錯方法及系統。該方法包括：基于乘性故障建立故障下的火箭模型，建立多種觀測器模型，將每一種觀測器模型分別與故障下的火箭模型進行殘差計算，確定差殘值為0時對應的觀測器模型，并根據差殘值為0時對應的觀測器模型確定故障類型和故障值；建立參考模型和實際模型；根據故障值，基于李雅普諾夫穩定性理論計算控制律，使實際模型與參考模型之間的誤差為0；根據控制律進行故障系統自適應容錯控制。采用本發明的方法及系統，考慮了乘性故障，具有容錯范圍廣以及容錯控制能力強的優點。

技術領域

本發明涉及故障系統的容錯控制技術領域，特別是涉及一種故障系統自適應容錯方法及系統。

背景技術

運載火箭主要是通過動力系統，通過控制系統保證其按照軌道飛行的航天運輸工具。它的用途是把人造地球衛星、載人飛船、空間探測器等有效載荷送入預定軌道。如何保證火箭飛行中的穩定問題，即如何保證火箭在飛行中俯仰、偏航、滾動誤差趨近于零，時刻保持一個穩定的狀態。這一直是研究者最關心的問題。

當火箭出現故障時，可以通過容錯的方法在保證其繼續穩定工作的同時保證任務的完成。同時如果出現的故障比較嚴重而無法修正時，控制系統可以利用其他性能良好的系統的功能或者損壞系統的部分功能進行系統重構，在犧牲部分性能的前提下盡量保證任務的完成。目前對火箭的容錯控制研究大多基于加性故障，容錯應用范圍受限。因此，如何擴大容錯應用范圍、增強容錯控制能力是亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種故障系統自適應容錯方法及系統，考慮了乘性故障，具有容錯范圍廣以及容錯控制能力強的優點。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種故障系統自適應容錯方法，包括：

基于乘性故障建立故障下的火箭模型；

建立多種觀測器模型；每一種觀測器模型表示一類故障；

將每一種觀測器模型分別與所述故障下的火箭模型進行殘差計算，確定差殘值為0時對應的觀測器模型，并根據所述差殘值為0時對應的觀測器模型確定故障類型和故障值；

建立參考模型和實際模型；所述參考模型為未發生故障時的模型，所述實際模型為發生所述故障類型時的模型；

根據所述故障值，基于李雅普諾夫穩定性理論計算控制律，使所述實際模型與所述參考模型之間的誤差為0；

根據所述控制律進行故障系統自適應容錯控制。

可選的，所述基于乘性故障建立故障下的火箭模型，具體包括：

根據如下公式建立故障下的火箭模型：

其中，

式中，為x(t)的導數，x(t)為狀態向量，u(t)為控制器的輸出，為卡死故障下的執行機構的輸出，d(t)為系統受到的干擾，I為單位矩陣，Σ為0-1開關函數，Σ為0時表示有加性故障，Σ為1時表示無加性故障，t為時間，y(t)為系統輸出，A為廣義系統狀態矩陣、B為廣義系統輸入矩陣、C為廣義系統輸出矩陣、E為廣義系統干擾矩陣，L為執行器效率矩陣，Δθ為俯仰角，為偏航角，為的導數，q₁為俯仰角速率，為q₁的導數。

可選的，所述建立多種觀測器模型，具體包括：

根據如下公式建立觀測器模型：