基于干扰观测器的微纳卫星姿态容错控制研究

发布时间：2019-05-31 16:19

【摘要】：随着现代航天技术的发展,卫星承担的科研任务越来越多样化,对卫星姿态控制系统的性能要求越来越高。然而,卫星在轨运行时受到高真空、强辐射的太空环境影响,致使卫星姿态控制系统的性能下降,因此发展具有抗干扰能力的卫星姿态控制方法变得愈发重要。卫星姿态控制的精度和稳定度与执行机构、挠性附件和传感器等器部件的性能有关,也与设计的控制算法有关。卫星本体结构一旦确定,那么控制算法的优劣就决定了卫星的控制性能。因此需要设计一类抗干扰容错控制方法保证卫星姿态控制系统在多源干扰和执行器正常甚至故障的情况下依然能够保证姿态控制系统稳定,完成既定的任务。本文的主要工作及创新点如下：针对微纳卫星在轨运行时存在的多源干扰和执行器时变故障,结合干扰观测器和自适应控制方法提出了一种复合容错抗干扰控制方法。系统中的干扰分为可建模干扰和有界的等价干扰。通过设计干扰观测器和故障诊断观测器分别估计系统中的飞轮振动干扰和飞轮的时变故障,构造基于干扰观测器的复合控制方法抵消可建模干扰并容错执行器故障。进一步,使用自适应控制策略对有界等价干扰进行补偿,且满足相应的鲁棒性能。与鲁棒控制方法相比,自适应方法假设干扰小于已知函数,而不是常数,取消了对有界干扰上界已知的要求。针对执行器输入饱和以及多源干扰问题,提出一种基于干扰观测器的抗饱和容错控制方法。设计干扰观测器和故障诊断观测器实时观测并补偿执行器振动干扰和加性故障。本文将执行器的周期性干扰、故障、反馈输入以及干扰观测器的估计值都作为控制力矩的一部分,考虑整体的控制输入饱和。运用多胞体方法对饱和部分进行描述,通过Lyapunov函数方法证明系统的稳定性。与一般的基于干扰观测器的饱和控制方法相比,本文将干扰观测器和故障诊断观测器的估计值也加入到控制器中,考虑了整体的控制输入饱和。针对反作用飞轮部分失效故障和多源干扰问题,结合干扰观测器和滑模控制方法,提出了一种非奇异快速终端滑模控制器。执行器部分失效故障的最小值不需要精确已知,利用自适应方法在线估计其最小值。该方法能够处理故障值是常值和时变的执行器部分失效故障。利用干扰观测器方法来估计和抵消执行器的可建模干扰,使得系统的控制精度得到提高。设计非奇异终端滑模控制器,保证姿态控制系统在能够快速到达稳定状态。与一般的终端滑模控制方法相比,本文提出的方法具有非奇异性且控制精度较高。利用仿真对本文的姿态控制算法进行了验证,从仿真结果可以得出,本文所提出的抗干扰姿态容错控制方法在一定程度上提高了姿态控制系统的精度和稳定度,能够对执行器故障进行有效处理,具有一定的抗干扰能力和良好的鲁棒性能,同时在工程应用中具有一定的使用价值。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V448.22

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本文编号：2489842