多指标LMI鲁棒故障检测滤波器在卫星姿态控制系统中的应用

卫星在轨运行中,需要对其故障进行及时的检测,模型的不确定性使得如何在轨卫星的故障检测产生了很大的干扰。以往的方法是将故障、输入和干扰统一作为广义输入,通过H∞范数增益最小使得系统残差最大程度地接近于故障,然而这不能反映故障、输入和干扰三者的重要关系。为此需要研究三者到残差增益的多指标下,滤波器的参数设计方法。以推导从三者到残差的传递函数表达式为主要方法,以线性矩阵不等式为工具,把指标化为可求解模型,得到多指标下的故障检测滤波器设计方法。设计的滤波器应用于采用喷气执行机构的在轨卫星模型里,给出了滤波器的设计结果。从仿真的结果看,虽然三个增益无法满足同时远远小于1的条件,但通过自适应的阈值,可实现对在轨喷气执行器卫星的鲁棒故障检测。     

基于鲁棒故障检测滤波器的传感器故障诊断

本文讨论了鲁棒故障检测滤波器在喷气式发动机传感器故障诊断中的应用。鲁棒故障检测滤波器方法使残差既有干扰解耦特性又有方向特性。该滤波器的设计结合了未知输入观测器原理与Beard故障检测滤波器原理。利用未知输入观测器产生的残差对未知输入(干扰)具有鲁棒性,而特定方向性是基于BFDF技术获得的。最后举例说明了该方法的可行性和有效性。     

存在时延及丢包的网络化飞行器鲁棒故障检测

考虑同时存在未知时延及随机丢包的飞行器网络环境,研究了飞行器网络控制系统的鲁棒故障检测问题。将未知时延及随机丢包的影响转变为未知扰动输入,建立飞行器网络控制系统的统一数学模型,同时考虑残差对故障的灵敏性和对未知扰动的鲁棒性,利用模型参考的思想,将故障检测问题分解为最优残差模型设计及鲁棒跟踪问题两部分,利用多目标优化方法给出最优残差模型的求解条件,并以线性矩阵不等式的方式给出鲁棒跟踪问题的存在条件,数值仿真表明,所提方法能有效抑制时延及丢包的影响,并能快速有效地检测出更小故障,验证了方法的有效性和优越性。     

空间电磁对接的鲁棒非线性轨迹跟踪控制

基于电磁力实现空间对接控制可以避免常规小发动机所固有的推进剂消耗、羽流污染和对接冲击等问题,且性价比高,在小卫星领域应用前景广阔。空间电磁对接控制设计存在强非线性和强耦合性问题,电磁力建模具有不确定性。论文综合应用反馈线性化和鲁棒H∞控制设计方法,采用内外环控制策略,内环采用非线性状态反馈控制实现输入-输出线性化,外环采用鲁棒H∞控制实现对模型乘性不确定性的稳定控制。理论分析与仿真表明,基于内环反馈线性化和外环鲁棒H∞控制的综合设计方法能解决电磁力模型的强非线性问题,对模型不确定性具有较强鲁棒性,轨迹跟踪性能良好。     

基于长短时神经网络的卫星陀螺仪故障检测

针对卫星陀螺仪故障检测中存在的冗余依赖、微小故障覆盖问题，提出一种基于长短时神经网络(LSTM)的故障检测方法。首先对卫星陀螺仪建模，考虑到卫星姿态控制回路对陀螺仪微小故障覆盖影响，利用半物理仿真平台采集陀螺仪正常与故障数据；然后使用部分正常数据训练LSTM神经网络，使得网络具有预测陀螺仪输出的能力，并将另一部分正常数据输入到训练好的网络模型，得到预测误差，进一步设定故障阈值；最后，将测试数据输入提出的故障检测模型，仿真验证其时效性和准确性。结果表明，在采样频率为10Hz时，对于陀螺仪的卡死、噪声以及偏差故障，基于LSTM神经网络的故障检测模型能在故障发生2s内检测出故障，并达到了98.9%的准确率。     

卫星轨道保持的非线性鲁棒自适应变结构控制

应用反馈线性化方法，对卫星轨道保持的非线性动力学进行线性化，考虑线性化模型的范数有界不确定性，设计变结构各棒控制器，得到卫星轨道保持的非线性鲁棒控制律。在此基础上，利用自适应控制方法，得到一种具有不确定性范数上界估计能力的鲁棒自适应变结构控制器。进行数值仿真研究，验证了所提出控制器设计方法的有效性和适应性。     

基于双环滑模变结构的弹头姿态鲁棒控制器设计

以大气层内机动弹头为对象模型,考虑不确定性参数和外界干扰影响,采用双环控制结构分析设计非线性强耦合条件下的姿态滑模鲁棒控制器.外环采用积分切换跟踪控制,跟踪虚拟控制量;内环考虑模型参数扰动和噪声干扰,提高鲁棒性能.通过滤波器降低噪声,抑制抖振.仿真验证了该方法的可行性和鲁棒性能.     

基于结构奇异值的不确定系统鲁棒性分析与评估

针对存在含有不确定性摄动的飞行器,提出一种基于结构奇异值的鲁棒性分析与评估方法。通过分析飞行器控制系统的不确定性摄动,基于线性分式变换方法,推导了飞行器不确定性摄动模型;基于μ分析方法,设计了一种控制律分析评估方法。并在系统鲁棒稳定的基础上,基于结构奇异值理论,分析了多输入多输出的不确定系统稳定裕度的计算方法。仿真结果表明,该方法有效保障了不确定性摄动系统控制律的鲁棒稳定性。     

基于动态逆和鲁棒轨迹跟踪控制的导弹控制系统设计

基于动态逆方法及鲁棒轨迹跟踪控制理论提出了一种新的导弹控制系统设计方法。首先基于导弹的非线性模型设计快、较慢回路的动态逆控制器以实现其非线性解耦,然后在较慢回路中设计鲁棒控制律以补偿整个控制系统的总不确定性及干扰。即对较慢回路进行动态逆控制的基础上,通过引入一种辅助控制输入信号以抵消不确定性及外部干扰对系统性能的影响。稳定性分析表明了闭环系统稳定且系统跟踪误差能满足给定的性能指标。最后通过对所设计控制系统的仿真分析,验证了该方法的有效性。
     

带有攻角约束的吸气式高超声速飞行器反步法控制

吸气式高超声速飞行器机动时攻角需要被约束在一定范围内以满足超燃冲压发动机的正常工作条件。针对飞行器攻角约束控制问题,使用反步法和扩展状态观测器设计了带有攻角约束能力的航迹倾角鲁棒跟踪控制器。在反步法控制器的基础上,通过构建控制模型同阶的补偿系统来限制攻角响应的幅值。当攻角超出限制边界阈值时,补偿系统以攻角和阈值的差为输入产生补偿信号。补偿信号对反步法控制器中每一步控制信号进行修正达到限制飞行器攻角幅值的目的。控制系统中还引入了扰动观测器对模型的不确定项进行估计和补偿,以提高控制系统的鲁棒性能。稳定性分析证明了这种控制器设计方法满足Lyapunov稳定性。数值仿真结果表明,该方法在具有良好的攻角约束作用和鲁棒性能。