[发明专利]一种执行机构受损下的航天器抗干扰姿控方法

说明书

本发明涉及一种执行机构受损下的航天器抗干扰姿控方法。该方法针对空间对抗下航天器执行机构受到敌方物理攻击同时航天器平台受到外部环境干扰及系统未建模动态影响的航天器抗干扰姿控系统；首先，建立执行机构受损同时受外部环境干扰及系统未建模动态影响的航天器姿态控制系统模型；其次，设计干扰观测器，对外部环境干扰及系统未建模动态造成的等价干扰进行估计；再次，针对执行机构受攻击导致的执行机构失效故障，设计学习观测器，对执行机构故障进行重构；最后，根据等价干扰估计值和执行机构故障重构信息设计复合控制器，构造出一种执行机构受损下的航天器抗干扰姿控方法。本发明适用于航天器姿态控制系统高精度、高可靠控制。

技术领域

本发明涉及一种执行机构受损下的航天器抗干扰姿控方法，可以实现空间对抗环境下航天器执行机构受损下的故障重构与多源干扰抑制与补偿，可用于航天器姿态控制系统的高精度、高可靠性控制。

背景技术

随着空间军事化的快速演变，外层空间逐渐成为当今世界各国维护国家安全和切身利益的战略制高点，军事领域的对抗也随之拓展到了外层空间，航天器作为一种空间武器在实施对地的精确打击过程中需要姿态控制系统高精度、高可靠地对准地面打击目标。因而对航天器的姿态控制系统也提出了更高的要求。然而，在现代空间对抗过程中，航天器往往会受到欺骗攻击、平台攻击等各种形式的攻击，其中平台攻击技术作为空间进攻的一种重要手段，主要是直接攻击航天器平台，使得航天器的执行机构、星敏感器及太阳能帆板等部分或整体能力永久性消除，以达到作战效果。一旦航天器的喷管、离子推进系统等执行机构遭受平台攻击丧失部分能力，将会导致航天器姿态控制系统的可靠性严重降低，甚至导致航天器武器功能丧失。同时，考虑到航天器一方面由于所处空间环境的复杂性，使得航天器受到太阳光压力矩、气动力矩等环境干扰；另一方面，目前常用的航天器动力学模型在建模上存在着误差，这些外部环境干扰及建模误差都会在一定程度上影响着航天器姿态控制的精度。因此，研究执行机构受损情况下的航天器姿控系统高精度、高可靠性控制是一个极具研究价值的焦点。

目前，针对同时含有多源干扰及平台攻击的航天器姿态控制系统，中国专利申请号201310484771.8提出了一种基于T-S模糊模型与学习观测器的卫星故障诊断与容错控制方法，但该专利仅仅针对执行机构故障重构问题，并未考虑卫星所受到的环境干扰及未建模动态引起的不确定性；中国专利申请号201710379752.7提出了一种基于迭代学习干扰观测器的航天器姿态容错控制方法，但该专利将执行机构故障造成的乘性故障及安装偏差以及航天器所受来自空间环境的外部扰动造成的加性干扰定义成一个加性的广义干扰，用迭代学习干扰观测器进行统一学习观测，对执行机构故障重构误差及安装偏差和外部扰动的估计误差无法进行精细优化。综上所述，现有的控制方法无法针对同时受到平台攻击及多源干扰的航天器姿态系统进行精确、可靠的控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对空间对抗进攻中的平台攻击对航天器姿态控制系统造成的执行机构故障并且存在外部环境干扰、系统未建模动态的问题，设计了一种执行机构受损下的航天器抗干扰姿控方法，具有控制精度高、可靠性高的优点。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种执行机构受损下的航天器抗干扰姿控方法，包括以下步骤：

第一步，建立执行机构受损同时受外部环境干扰及系统未建模动态影响的航天器姿态控制系统模型；

第二步，设计干扰观测器，对外部环境干扰及系统未建模动态造成的等价干扰进行估计；

第三步，针对执行机构受攻击导致的执行机构失效故障，设计学习观测器，对执行机构故障进行重构；

第四步，根据等价干扰估计值和执行机构故障重构信息设计复合控制器，构造出一种执行机构受损下的航天器抗干扰姿控方法。

具体实施步骤如下：

第一步，建立执行机构受损同时受外部环境干扰及系统未建模动态影响的航天器姿态控制系统模型Σ₁为：