航天器姿态系统的传感器故障主动容错控制研究

发布时间：2020-12-08 21:38

　　随着航天器功能和结构的日益复杂化,各种故障发生的概率也不可避免地增长。同时,由于航天器运行环境的特殊性,难以依靠人工或地面站支持对其进行修复,因此,航天器故障诊断与容错控制技术成为了控制科学与工程领域的热点研究问题。本文基于故障检测、重构、鲁棒控制等技术,针对发生传感器故障的柔性航天器姿态控制系统进行主动容错控制方法研究,主要贡献如下:(1)基于广义扩张系统状态估计方法,将传感器故障作为辅助状态变量,建立与柔性航天器姿态动力学方程等价的扩张系统,设计鲁棒故障估计观测器,获得传感器故障估计信息,对传感器测量输出进行补偿,接着,通过设计的静态输出反馈控制器保证系统的渐近稳定性,通过Lyapunov稳定性分析,利用LMI方法给出了控制器参数的求解条件,最后,通过仿真实验结果证明了所提出方法的有效性。(2)首先提出基于故障检测观测器与故障估计滤波器的故障诊断策略,对基于扩张观测器的方法进行了改进,以避免增加观测器的状态维数;此外,针对静态输出反馈控制器的缺点,利用了一种动态输出反馈控制方法,使其对于故障调节具有更好地控制性能,控制器参数可通过矩阵分解与LMI方法进行求解,降低了计算复杂度与设计... 

【文章来源】：南京邮电大学江苏省

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
专用术语注释表
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 航天器姿态控制技术研究现状
    1.3 故障诊断与容错控制研究现状
        1.3.1 故障诊断技术
        1.3.2 容错控制技术
        1.3.3 故障诊断与容错控制在航天器中的应用
    1.4 本文的主要研究内容及组织结构
第二章 相关背景知识介绍
    2.0 引言
    2.1 柔性航天器动力学模型
    2.2 航天器姿控系统故障介绍
    2.3 相关控制理论基础
        2.3.1 线性矩阵不等式
        2.3.2 H∞性能分析
        2.3.3 滑模控制技术
    2.4 本章小结
第三章 基于扩张观测器的柔性航天器传感器故障主动容错控制方法
    3.1 引言
    3.2 问题描述
    3.3 扩张故障观测器设计
    3.4 传感器故障调节
    3.5 仿真验证
    3.6 本章小结
第四章 基于动态输出反馈控制的柔性航天器传感器故障主动容错控制方法
    4.1 引言
    4.2 问题描述
    4.3 故障检测观测器设计
    4.4 故障估计滤波器设计
    4.5 容错控制器设计
    4.6 仿真验证
    4.7 本章小结
第五章 基于自适应积分滑模控制的柔性航天器传感器故障主动容错控制方法
    5.1 引言
    5.2 问题描述
    5.3 传感器故障诊断方法
        5.3.1 故障检测观测器设计
        5.3.2 故障估计观测器设计
    5.4 容错控制器设计
    5.5 仿真验证
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文研究总结
    6.2 未来研究展望
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文
附录2 攻读硕士学位期间申请的专利
附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]互联系统容错控制的研究回顾与展望[J]. 杨浩,姜斌,周东华.  自动化学报. 2017(01)
[2]航天重大工程中的力学问题[J]. 孟光,周徐斌,苗军.  力学进展. 2016(00)
[3]国外航天器在轨故障模式统计与分析[J]. 闻新,张兴旺,秦钰琦,李新,张文浩.  质量与可靠性. 2014(06)
[4]基于二阶滑模观测器的连续系统故障估计[J]. 胡正高,赵国荣,黄婧丽,陈洁.  控制与决策. 2014(12)
[5]未来大型航天器的基础:空间可折展机构[J]. 丁希仑.  科技导报. 2014(23)
[6]航天器姿态自抗扰控制[J]. 吴忠,黄丽雅,魏孔明,郭雷.  控制理论与应用. 2013(12)
[7]基于反步法与动态控制分配的航天器姿态机动控制[J]. 李波,胡庆雷,石忠,马广富.  控制理论与应用. 2012(11)
[8]挠性航天器的退步直接自适应姿态跟踪控制[J]. 刘敏,徐世杰,韩潮.  航空学报. 2012(09)
[9]基于滑模迭代学习律的航天器姿态控制[J]. 李建成,席涛.  系统工程与电子技术. 2012(09)
[10]基于自适应快速终端滑模的航天器容错控制[J]. 赵琳,闫鑫,高帅和.  系统工程与电子技术. 2012(05)

博士论文
[1]多故障并发的可重构机械臂主动分散容错控制方法研究[D]. 赵博.吉林大学 2014

硕士论文
[1]挠性航天器的滑模变结构控制[D]. 张桂杰.哈尔滨工业大学 2007



本文编号：2905728