[发明专利]一种柔性航天器传感器故障调节方法

说明书

本发明公开了一种柔性航天器传感器故障调节方法，属于航空航天飞行控制技术领域。传感器故障调节方法主要由故障估计模块和容错控制器组成，利用滤波器和自适应观测器构成故障估计模块；利用故障估计信息和传感器输出信号，结合自适应积分滑模控制技术建立容错控制器，通过Lyapunov稳定性理论，证明系统在出现传感器故障情况下的渐近稳定性；最后，仿真实验结果证明了本发明所提出方法的有效性。本发明解决了柔性航天器运行过程中出现传感器测量偏移故障时的容错控制问题，实现在传感器故障情况下对姿态角的准确控制，使系统对故障具有强容忍能力；同时，该方法设计过程中充分考虑了航天器参数不确定和柔性附件产生的扰动，适于工程应用。

技术领域

本发明属于航空航天飞行控制技术领域，具体是涉及一种基于自适应积分滑模输出反馈控制的柔性航天器传感器故障调节方法。

背景技术

目前，柔性航天器是执行空间探测、空间基础设施建设、对地观测等重大空间任务的重要基础平台，因此柔性航天器的研究对于空间计划、军事活动、科学研究、政治经济具有重要影响，受到各航天大国的极大重视。柔性航天器通常带有大型复杂展开天线、太阳能帆板、机械臂等挠性附件，相比于传统航天器结构更为复杂，柔性航天器姿态动力学参数存在不确定性，同时，由于柔性航天器长期在轨道自主执行任务，受到制造水平、建造成本、运行环境等因素的影响，使得其姿态控制系统极易出现故障，因此，针对柔性航天器进行故障诊断与容错控制研究具有重要的现实意义。

目前，针对柔性航天器的故障诊断与容错控制研究，主要集中于执行器出现故障的情况，例如，执行器效率损失、卡死、偏移等故障，但同时考虑传感器故障与系统参数不确定的情况却相当少见，根据公开资料显示，传感器故障在航天器在轨故障中所占的比例却相当大，如参考文献：谭春林，等.国外航天器在轨故障统计与分析.航天器工程，20(4)：130-136,2011明确指出；因此，为了使得柔性航天器的故障诊断与容错控制研究，对柔性航天器出现传感器故障的情况进行故障诊断与容错控制研究十分必要。现有的传感器故障诊断研究成果表示，主要思路是把传感器故障转化为执行器故障诊断与容错控制问题，应用处理执行器故障的方法来处理传感器故障；在容错控制方面，自适应滑模技术被广泛地应用在柔性航天器的姿态控制问题上，但是研究成果仍存在以下几方面问题：

(1)利用传统的基于坐标变换技术的故障估计方法，将传感器问题转化为执行器问题时，对系统的输出矩阵有较为严格的假设条件，不利于广泛地应用及推广；

(2)故障估计的准确性差，难以控制；

(3)维持滑模运动时，会引起系统剧烈的抖振；

(4)系统状态到达滑模面时间过长，不具有时效性。

如中国专利CN106094514公开了一种基于动态输出反馈控制的柔性航天器主动容错控制方法，该方法首先将柔性航天器姿态控制系统的动力学方程转化为一般的状态空间方程，其次建立出现加性传感器测量偏移的故障模型，再建立未知输入观测器和滤波器组成的故障检测与辨识模块，对未知的传感器故障进行实时检测和在线估计，最后利用获得的故障估计值估计信息设计基于动态输出反馈的容错控制器，该方法可以使得柔性航天器在发生加性传感器测量偏移故障时能够正常的达到所期望的姿态，同时在设计的过程中考虑了建模不确定和柔性附件产生的扰动对系统造成的影响，并且故障诊断与辨识模块与容错控制器可以单独设计；虽然该专利对加性传感器测量偏移故障进行相应考虑，但是并没有对其实际进行计算和验证。

因此，需要提出一种新型的柔性航天器传感器故障调节方法。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，对柔性航天器传感器故障主要集中于执行器出现故障但未同时考虑传感器故障与系统参数不确定的情况，本发明提供一种基于自适应积分滑模输出反馈控制的柔性航天器传感器故障调节方法，针对柔性航天器姿态控制系统发生传感器测量偏差故障的情况，能够准确估算传感器故障信息，消除传感器故障对系统的影响，使得柔性航天器快速准确地达到期望的要求。