一种卫星控制系统离散积分滑模容错控制方法

摘要

本发明公开了一种卫星控制系统离散积分滑模容错控制方法，基于卫星的离散线性系统模型设计离散积分滑模控制器，控制器的虚拟控制律为,通过故障诊断和参数辨识获得执行机构健康因子W；根据控制量vk和执行机构健康因子W采用基于力矩可达集的直接分配方法获得每个执行机构的控制力矩u_k；所述基于力矩可达集的直接分配方法将可达集表面按照表面法向量和目标向量之间的夹角由小到大的顺序排列。本发明方法能够有效的在线处理含健康因子不准确、多故障和多种不确定性同时存在的卫星姿态控制问题。

主权项

一种卫星控制系统离散积分滑模容错控制方法，包括如下步骤：(1)根据卫星的离散线性系统模型设计离散积分滑模控制器，具体包括如下步骤：(1.1)设计不含故障和不确定性的卫星的线性系统模型为参考模型；所述参考模型为x_0,k+1＝Φx_0,k+Γv_0,k；其中，v_0,k＝‑K₀x_0,k，x_0,k为已知的第k步的参考状态，x_0,k+1为第k+1步的参考状态；K₀为控制系数；Φ为状态转移矩阵，Φ＝I+AT，A为系统矩阵，T为采样时间；Γ为卫星的离散线性系统虚拟控制律的系数矩阵，Γ＝BT，B为卫星的连续线性系统虚拟控制律的效率矩阵；I为单位矩阵；(1.2)根据公式e_k＝x_k‑x_0,k计算残差e_k；其中，x_k为通过测量得到的第k步的状态；(1.3)根据公式σ_k＝G(x_k‑x₀)+ε_k计算滑模面变量σ_k；其中，ε_k＝ε_k‑1+Ex_k‑1，ε₀＝0，E＝‑G(Φ‑I‑ΓK₀)，G为系数矩阵，x_k为第k步测量的状态；x₀为初始状态；x_k‑1为通过测量得到的第k‑1步的状态；(1.4)估计匹配的不确定性和不匹配的不确定性其中${\hat{\xi }}_{u,k}=B^{\perp }{B}^{\perp +}{\hat{d}}_k/T,{\hat{\xi }}_{m,k}=B^{+}{\hat{d}}_k/T,{\hat{d}}_k=x_k-{\mathrm{\Phi x}}_{k-1}-{\mathrm{\Gamma v}}_{k-1};$B^⊥为B的补空间矩阵，B^⊥+为B^⊥的伪逆矩阵，B⁺是B的伪逆矩阵；v_k‑1为第k‑1步的控制量；(1.5)根据公式$v_k=-K_0{x}_{0,k}-{\left(G\Gamma \right)}^{-1}(G\Phi -G+E)e_k+G\Gamma {\hat{\xi }}_{m,k}+GT{\hat{\xi }}_{u,k}+{\sigma }_k$计算第k步的控制量v_k；(2)通过故障诊断和参数辨识获得执行机构健康因子W；(3)根据控制量v_k和执行机构健康因子W采用基于力矩可达集的直接分配方法获得每个执行机构的控制力矩u_k；所述基于力矩可达集的直接分配方法将可达集表面按照表面法向量和目标向量之间的夹角由小到大的顺序排列。