[发明专利]一种传感器故障下航天器伺服机构的容错控制方法

说明书

本公开的传感器故障下航天器伺服机构的容错控制方法，根据故障传感器确定所述航天器伺服机构的反馈信号，根据所述航天器伺服机构的目标信号或预设值降级运行实现对所述航天器伺服机构的反馈信号的自动闭环容错控制；其中，所述传感器包括角度传感器、电机转子角度传感器和电机电流传感器。能够在各类传感器故障的情况下，实现航天器伺服机构控制系统的容错控制，进而实现航天器伺服机构的基本功能，适应航天器不可在轨维修的特性，解决航天器伺服机构控制系统中传感器故障情况下的容错运行的问题，贴近实际工程应用，具有较好的应用价值。

技术领域

本发明属于航天器机构伺服控制技术领域，具体涉及一种传感器故障下航天器伺服机构的容错控制方法。

背景技术

航天器伺服机构控制系统在任务周期中需要经历振动、冲击、加速度、高低温、辐照等恶劣环境，控制系统中的电流传感器、角度传感器一旦失效，将导致伺服机构无法工作。目前航天器伺服机构控制一般采用主备份的方案，在主传感器失效时，切换到备份工作，该方案在一定程度上增加了伺服机构系统的复杂性以及设备重量，增加了航天器的研制成本、发射成本。伺服机构系统传感器采用单份设计，通过特定的控制方法实现故障情况下的降级运行，可以在保证伺服机构控制功能的情况下有效地降低研制成本、发射成本，特别适用于低成本航天任务或发射重量关键的深空探测任务。

伺服机构控制一般采用经典PID控制算法，一般采用三闭环嵌套方式，例如：位置环、速度环、电流环，其中电流环嵌套在速度环内部，速度环嵌套在位置环内部。位置环使用的反馈信号来自机构输出端的角度传感器；速度环使用的反馈信号来自电机转子角度传感器；电流环使用的反馈信号来自电流传感器。位置环输出值为速度环给定速度，速度环输出值为电流环给定电流，电流环输出值为驱动器给定电压。当机构输出端角度传感器发生故障时，位置环失效；当电机转子角度传感器发生故障时，速度环失效；当电流传感器发生故障时，电流环失效。

目前，针对上述问题，专利“一种永磁同步电机霍尔传感器容错控制方法(CN201310395721.2)”提出了三相霍尔传感器中有1～2相损坏的情况下的电机转子位置的估算方法。专利“传感器故障下车用永磁同步电机容错驱动系统及方法(CN201610299408.2)”提出了一种含有车用永磁同步电机容错控制模块的永磁同步电机容错驱动系统，解决车用伺服系统中电机转子角度传感器异常情况下的转子位置估算的问题。但是，航天器伺服机构容错控制主要集中在传动系统容错、电机绕组容错等方面，未有专门针对传感器故障情况下航天器伺服机构的容错控制方法。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足之一提供了一种传感器故障下航天器伺服机构的容错控制方法，能够在各类传感器(电流传感器、电机转子角度传感器或机构输出轴角度传感器)故障的情况下，实现航天器伺服机构控制系统的容错控制，进而实现航天器伺服机构的基本功能，适应航天器不可在轨维修的特性，贴近实际工程应用，具有较好的应用价值。

根据本公开的一方面，本发明提供一种传感器故障下航天器伺服机构的容错控制方法包括：

根据故障传感器确定所述航天器伺服机构的反馈信号，根据所述航天器伺服机构的目标信号或预设值降级运行实现对所述航天器伺服机构的反馈信号的自动闭环容错控制；其中，所述传感器包括角度传感器、电机转子角度传感器和电机电流传感器。

在一种可能的实现方式中，当故障传感器为角度传感器时，所述反馈信号为所述角度传感器的换算角度，所述目标信号为所述航天器伺服机构的预设角度；

根据所述航天器伺服机构的目标信号实现对所述航天器伺服机构的反馈信号的自动闭环容错控制，包括：

根据所述航天器伺服机构的预设角度对所述角度传感器的换算角度进行闭环控制，调整所述角度传感器的换算角度到所述航天器伺服机构的预设角度。