專利名稱：一種具有抗干擾容錯性能的滑?？刂品椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有抗干擾容錯性能的滑?？刂品椒ǎ摲椒捎糜谳斎胧芟尴到y(tǒng)的抗干擾容錯控制，如受飛輪最大轉(zhuǎn)速限制輸入力矩的衛(wèi)星、飛機等航空航天及深空探測領(lǐng)域的姿態(tài)控制子系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著航天器任務(wù)的復(fù)雜化，對姿態(tài)控制精度的要求也越來越高，航天器的高精度姿態(tài)控制成為國內(nèi)外研究熱點。航天器運行的空間環(huán)境復(fù)雜，受到外界及內(nèi)部的多源干擾及未建模動態(tài)，且姿態(tài)控制系統(tǒng)故障發(fā)生概率較高。敏感器、飛輪等的故障會導(dǎo)致任務(wù)中斷甚至失效，為提高系統(tǒng)的可靠性，必須采用精確地故障診斷與容錯控制方法。同時，未建模動態(tài)、未知參數(shù)、隨機干擾與其他等價干擾變量等多種因素導(dǎo)致飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)建模不精確，造成控制精度下降甚至失穩(wěn)，航天器抗干擾姿態(tài)控制方法非常重要。另外，飛輪受到最大轉(zhuǎn)速的限制，產(chǎn)生的輸入力矩受限，系統(tǒng)存在輸入飽和的問題。輸入飽和會影響系統(tǒng)的控制性能，容易造成系統(tǒng)失穩(wěn)，必須在控制器的設(shè)計過程中加以考慮。針對上述問題，國內(nèi)外學(xué)者提出了很多有效的方法。當(dāng)系統(tǒng)中存在只存在導(dǎo)數(shù)有界時變故障的情況下，故障診斷方法分為基于動態(tài)數(shù)學(xué)模型的方法、基于信號處理的方法和基于知識的方法，其中基于觀測器的方法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法以及小波變換的研究非常廣泛。系統(tǒng)中只存在可建模干擾的情況下，基于干擾觀測器的控制可以對干擾估計并抵消，優(yōu)點為結(jié)構(gòu)簡單，針對系統(tǒng)的不同性能要求可以結(jié)合不同的控制方法。以上方法都不能應(yīng)用于存在故障、干擾和輸入飽和限制的系統(tǒng)控制中。近年來，滑?？刂埔蚱渌哂械膬?yōu)良特性而受到越來越高的重視，該方法對參數(shù)變化和擾動不敏感，結(jié)構(gòu)簡單，適用于衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的控制。由于姿態(tài)控制系統(tǒng)中的故障和干擾影響，滑?？刂品椒O易發(fā)生抖振現(xiàn)象，此前有學(xué)者設(shè)計干擾觀測器抵消干擾的影響，改善滑?？刂频亩墩駟栴}，實現(xiàn)高可靠性和高精度姿態(tài)控制，但沒有考慮到故障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:針對輸入飽和的多源干擾系統(tǒng)，提出一種具有故障補償與干擾抵消和抑制性能的滑?？刂品椒?。通過設(shè)計故障診斷觀測器與干擾觀測器，對系統(tǒng)中的故障與干擾進行估計與抵消，設(shè)計滑?？刂破鲗?shù)不確定和擾動具有魯棒性。本發(fā)明的技術(shù)解決方案為:一種具有抗干擾容錯性能的滑?？刂品椒ǎ涮卣髟谟诎ㄒ韵虏襟E:首先，考慮系統(tǒng)中的故障和多源干擾，建立系統(tǒng)的動力學(xué)模型；其次，設(shè)計故障診斷觀測器和干擾觀測器估計系統(tǒng)中的故障和可建模干擾；再次，求解干擾觀測器與故障診斷觀測器的增益矩陣；然后，設(shè)計滑模控制器，將干擾和故障估計值代入控制器中補償?shù)葍r干擾和故障；最后，分析控制器穩(wěn)定性，在系統(tǒng)輸入飽和的前提下求解滑模增益；具體步驟如下:
第一步，考慮系統(tǒng)中的故障和多源干擾，建立系統(tǒng)的動力學(xué)模型搭建包含故障與干擾的系統(tǒng)動力學(xué)模型，如下所示:
權(quán)利要求
1.一種具有抗干擾容錯性能的滑模控制方法，其特征在于包括以下步驟:首先，考慮系統(tǒng)中的故障和多源干擾，建立系統(tǒng)的動力學(xué)模型；其次，設(shè)計故障診斷觀測器和干擾觀測器估計系統(tǒng)中的故障和可建模干擾；再次，求解干擾觀測器與故障診斷觀測器的增益矩陣；然后，設(shè)計滑?？刂破?，將干擾和故障估計值代入控制器中補償?shù)葍r干擾和故障；最后，在系統(tǒng)輸入飽和的前提下求解滑模增益，保證系統(tǒng)穩(wěn)定；具體步驟如下: 第一步，考慮系統(tǒng)中的故障和多源干擾，建立系統(tǒng)動力學(xué)模型 搭建包含干擾與故障的系統(tǒng)動力學(xué)模型，如下所示:
全文摘要
一種具有抗干擾容錯性能的滑?？刂品椒?，針對含有故障和干擾的系統(tǒng)，設(shè)計一種具有抗干擾容錯性能的滑模控制器；首先，考慮系統(tǒng)中的故障和多源干擾，建立系統(tǒng)的動力學(xué)模型；其次，設(shè)計故障診斷觀測器和干擾觀測器估計系統(tǒng)中的故障和可建模干擾；再次，求解干擾觀測器與故障診斷觀測器的增益矩陣；然后，設(shè)計滑模控制器，使用故障與干擾的估計值分別補償故障和干擾；最后，分析控制器穩(wěn)定性，在系統(tǒng)輸入飽和的前提下確定滑模增益值；本方法保證了系統(tǒng)的抗干擾和容錯性能，且對于系統(tǒng)中的不可建模干擾具有魯棒性，適用于輸入受限的多源干擾系統(tǒng)，改善了滑?？刂频亩墩瘳F(xiàn)象，可用于航空、航天及深空探測領(lǐng)域的姿態(tài)控制系統(tǒng)中。
文檔編號G05D1/08GK103116357SQ20131008116
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者郭雷, 雷燕婕, 喬建忠, 張培喜, 陳陽 申請人:郭雷