一種衛(wèi)星控制系統(tǒng)離散積分滑模容錯(cuò)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星控制系統(tǒng)離散積分滑模容錯(cuò)控制方法，基于衛(wèi)星的離散線性系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)離散積分滑模控制器，控制器的虛擬控制律為通過(guò)故障診斷和參數(shù)辨識(shí)獲得執(zhí)行機(jī)構(gòu)健康因子W；根據(jù)控制量vk和執(zhí)行機(jī)構(gòu)健康因子W采用基于力矩可達(dá)集的直接分配方法獲得每個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制力矩uk；所述基于力矩可達(dá)集的直接分配方法將可達(dá)集表面按照表面法向量和目標(biāo)向量之間的夾角由小到大的順序排列。本發(fā)明方法能夠有效的在線處理含健康因子不準(zhǔn)確、多故障和多種不確定性同時(shí)存在的衛(wèi)星姿態(tài)控制問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種衛(wèi)星控制系統(tǒng)離散積分滑模容錯(cuò)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及含匹配和不匹配不確定性的衛(wèi)星控制系統(tǒng)離散積分滑模容錯(cuò)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了保證衛(wèi)星控制系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的高可靠性，一般要對(duì)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)足夠的冗余，使系統(tǒng)發(fā)生故障后，經(jīng)過(guò)診斷隔離和重構(gòu)，可以利用健康的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和相應(yīng)的控制算法進(jìn)行姿態(tài)控制。當(dāng)某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)未發(fā)生完全故障，其故障只是影響了輸出效率，在沒有其他的可用資源時(shí)，此時(shí)采用恰當(dāng)?shù)目刂扑惴梢岳眠@些故障的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的姿態(tài)控制。另外由于干擾，建模不確定性等多種未知因素的影響，航天器控制算法應(yīng)該設(shè)計(jì)充分的魯棒性。因此，對(duì)于航天器系統(tǒng)，研究處理多種故障(比例故障、完全故障)和多種不確定性同時(shí)存在的姿態(tài)控制算法至關(guān)重要。
[0003]積分滑模控制方法對(duì)于不確定性具有比較強(qiáng)的魯棒性，已有學(xué)者設(shè)計(jì)了連續(xù)積分滑模容錯(cuò)控制方法，對(duì)多故障取得了很好的容錯(cuò)控制效果。但是衛(wèi)星控制系統(tǒng)是含多種不確定性的采樣控制系統(tǒng)，需要設(shè)計(jì)能使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的、同時(shí)處理故障和多種不確定性離散控制律。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是設(shè)計(jì)一種基于離散積分滑模容錯(cuò)控制、健康因子的在線辨識(shí)和控制分配的衛(wèi)星容錯(cuò) 控制方法，該方法能夠有效的在線處理含健康因子不準(zhǔn)確、多故障和多種不確定性同時(shí)存在的衛(wèi)星姿態(tài)控制問(wèn)題。
[0005]一種衛(wèi)星控制系統(tǒng)離散積分滑模容錯(cuò)控制方法，包括如下步驟:
[0006](I)根據(jù)衛(wèi)星的離散線性系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)離散積分滑?？刂破鳎唧w包括如下步驟:
[0007](1.1)設(shè)計(jì)不含故障和不確定性的衛(wèi)星的線性系統(tǒng)模型為參考模型；所述參考模型為xQ，k+i=0Xcu+ Vtl k ;其中，v0；k=-K0x0；k, Xcu為已知的第k步的參考狀態(tài)，x0；k+1為第k+1步的參考狀態(tài)為控制系數(shù)；Φ為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，Φ=Ι+ΑΤ, A為系統(tǒng)矩陣，T為采樣時(shí)間； 為衛(wèi)星的離散線性系統(tǒng)虛擬控制律的系數(shù)矩陣， =ΒΤ，B為衛(wèi)星的連續(xù)線性系統(tǒng)虛擬控制律的效率矩陣；I為單位矩陣；
[0008](1.2)根據(jù)公式ek=Xk-X(U計(jì)算殘差ek ;其中，Xk為通過(guò)測(cè)量得到的第k步的狀態(tài)；
[0009](1.3)根據(jù)公式 σ k=G(xk-x。)+ε k 計(jì)算滑模面變量 σ k ;其中，ε k= ε h+Exlrf,E=-G (Φ-1- Ktl)，G為系數(shù)矩陣，xk為第k步測(cè)量的狀態(tài)；X(I為初始狀態(tài)為通過(guò)測(cè)量得到的第k-Ι步的狀態(tài)；
[0010](1.4)估計(jì)匹配的不確定性$ k和不匹配的不確定性iA—；其中
【權(quán)利要求】
1.一種衛(wèi)星控制系統(tǒng)離散積分滑模容錯(cuò)控制方法，包括如下步驟: (1)根據(jù)衛(wèi)星的離散線性系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)離散積分滑模控制器，具體包括如下步驟: (1.1)設(shè)計(jì)不含故障和不確定性的衛(wèi)星的線性系統(tǒng)模型為參考模型；所述參考模型為x0,k+i=Ox0,k+r V0,k ;其中，V0；J5=-K0X0jk, Xcu為已知的第k步的參考狀態(tài)，X0jk+1為第k+Ι步的參考狀態(tài)；K(!為控制系數(shù)；Φ為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，Φ=Ι+ΑΤ,Α為系統(tǒng)矩陣,T為采樣時(shí)間； 為衛(wèi)星的離散線性系統(tǒng)虛擬控制律的系數(shù)矩陣， =ΒΤ，B為衛(wèi)星的連續(xù)線性系統(tǒng)虛擬控制律的效率矩陣；I為單位矩陣； (1.2)根據(jù)公式ek=Xk-X(U計(jì)算殘差ek ;其中，Xk為通過(guò)測(cè)量得到的第k步的狀態(tài)； (I.3)根據(jù)公式σ k=G(xk-x0) + ε k計(jì)算滑模面變量σ k ;其中，ε k= ε +Exk^1,E=-G (Φ-1- Ktl)，G為系數(shù)矩陣，Xk為第k步測(cè)量的狀態(tài)；X(I為初始狀態(tài)為通過(guò)測(cè)量得到的第k-Ι步的狀態(tài)； (1.4)估計(jì)匹配的不確定性和不匹配的不確定性，其中
【文檔編號(hào)】G05D1/08GK103699131SQ201310738851
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】王大軼, 段文杰, 劉成瑞, 何英姿 申請(qǐng)人:北京控制工程研究所