航天器姿態(tài)控制系統故障診斷與容錯控制技術研究.pdf

1、隨著航天器任務的不斷拓展，航天器結構和功能越來越復雜，敏感器和執(zhí)行器的配置數量也不斷增加。但是，由于元器件設計水平、加工工藝水平和成本限制等客觀因素的存在，也無疑增加了航天器故障發(fā)生的概率，降低了系統的可靠性。故障診斷與容錯控制技術為提高航天器系統的可靠性和安全性開辟了一條新的途徑。本文以航天器姿控系統為應用對象，對航天器故障診斷與容錯控制理論進行了初步的研究，主要內容如下：
　　研究了基于滑模觀測器的故障檢測與診斷方法。首先，介

2、紹了基于滑模觀測器的故障診斷原理，并給出了Walcott-Zak觀測器的設計方法。然后，利用Walcott-Zak觀測器模型，設計了一種針對非線性姿態(tài)動力學模型的故障觀測器，借助觀測器的殘差信號實現了執(zhí)行器故障檢測；為了能夠實時辨別故障類型、估計故障的嚴重程度，在不考慮系統外部擾動的情況下，提出了一種基于滑模觀測器的故障重構方法，并利用等效注入原理實現了故障重構。
　　研究了基于自適應滑模觀測器的故障重構方法。航天器在軌運行過程中

3、，外部擾動對航天器的影響往往難以忽略。針對航天器姿態(tài)動力學模型中存在外部擾動的情形，提出了一種基于自適應滑模觀測器的故障重構方法。該方法通過引入自適應估計算法，對執(zhí)行器故障進行實時檢測與估計，同時利用滑?？刂频牟贿B續(xù)項抑制系統中的外部擾動，消除未知輸入對故障重構的影響，實現了執(zhí)行器故障的精確重構。
　　研究了基于Terminal滑模的自適應主動容錯控制方法。針對航天器外部擾動上界已知的情形，充分利用姿控系統中執(zhí)行器的硬件冗余條件，

4、提出了一種基于Terminal滑模的主動容錯控制方法。該方法不僅滿足了系統對容錯性能的要求，而且能夠保證系統狀態(tài)在有限時間內收斂到平衡點。考慮到傳統的Terminal滑模對系統初始狀態(tài)的偏差比較敏感，而且航天器轉動慣量具有時變特性以及系統擾動的上界不易獲知，提出了一種將自適應方法和快速 Terminal滑?？刂葡嘟Y合的容錯控制方法。該方法通過引入參數在線自適應調整技術，不僅使系統具有良好的容錯能力，而且提高了系統對擾動的魯棒性。

5、　　研究了基于Terminal滑模的模糊被動容錯控制方法。針對執(zhí)行器故障信息未知的情形，提出了一種了基于Terminal滑模的模糊容錯控制方法。該方法利用T-S模糊模型的逼近功能估計姿態(tài)動力學模型中的不確定項，并采用自適應方法對模糊逼近誤差和由執(zhí)行器故障引起的系統擾動進行在線估計，消除了控制器對故障信息的依賴。通過采用快速 Terminal滑模面，不僅加快了系統的收斂速度，而且提高了系統對初始狀態(tài)偏差的魯棒性。
　　本文提出的故障