[发明专利]航天器姿态控制系统的间歇性故障容错分析方法

说明书

技术领域

本发明属于航天器姿态容错控制领域，特别涉及一种针对航天器控制器的间歇性故障的容错分析方法。

背景技术

航天器姿态控制问题，因其重要的工程及学术价值，已经引起了人们极大的兴趣。航天器姿控系统对安全性有着极高的要求，而姿控系统的控制器、执行器、传感器以及系统内部都有可能发生故障，这些故障会严重影响系统的性能，甚至使系统崩溃。因此姿控系统需要具有一定的容错能力，才能保证其运行的稳定性和可靠性。关于航天器容错控制的方法和技术已经有很多成果，例如文献(IEEE Transactions on Control Systems Technology,2008,16(4),799-808),（Journal of Guidance,Control and Dynamics,2008,31(5),1456-1463），（IET Control Theory & Applications,2011,5(2),271-282）等。这些容错控制方案大多只考虑执行器和传感器的故障情况，容错的核心思想是当故障发生后，通过调节或重构控制器以补偿故障对系统产生的影响，从而使故障系统依然稳定运行。

发生在航天器姿控系统的控制器的间歇性故障自身时而产生，时而消失。当它发生时，会使得系统工作发生异常；当它消失时，系统又回到正常的工作状态。间歇性故障是导致电路系统失效的主要原因,文献（IEEE Transactions on Reliability,1997,46,(2),269-274）提到这类故障的发生概率是永久性故障的10至30倍。对于航天器姿控系统的控制电路单元，各个电气元件和电路板上的焊接点随着时间的推移会产生物理磨损而破裂，或者产生时断时续的连接现象。这种松散的连接是一类典型的间歇性故障，可以直接影响到控制器的输出，即转矩指令电压，进而影响电机的输出。因此，对姿控系统的控制器间歇性故障进行容错分析是十分必要的。

然而，针对航天器间歇性故障的容错分析和设计的成果鲜有报道。众所周知，根据故障情况调节控制器以实现容错控制目标需要一定的时间，并且消耗一定的控制能量，这种方法很难适用于控制器的间歇性故障，原因有三：

1）间歇性故障发生频率比较高，如果每次当这些故障发生时都去调节控制器，势必要耗费很多的控制能耗；

2）过于频繁地调节控制器，会产生严重的超调，令系统的性能下降，甚至不稳定；

3）当控制器自身发生故障时，很难再去调节控制器以实现容错目标。

因此，本发明人试图提出一种简便的控制器间歇性故障容错分析方法，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种航天器姿态控制系统的间歇性故障容错分析方法，其针对控制器的间歇性故障，分析间歇性故障的发生和消失对系统稳定性的影响，得到一个容错判断准则，使得当间歇性故障满足一定条件时，不需要采取任何容错控制措施，带有控制器间歇性故障的航天器姿控系统依然稳定运行，从而避免采取容错控制，以及容错控制实施过程中产生的高控制能耗、高计算复杂度和风险。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种航天器姿态控制系统的间歇性故障容错分析方法，包括如下步骤：

（1）建立航天器的姿态控制系统数学模型：

Jω·=-ω×Jω+μ+d]]>

q·=12(q4ω+ω×q)]]>