基于迭代学习观测器的卫星姿态控制系统的鲁棒容错控制

针对卫星在轨运行时存在执行机构故障和空间干扰问题,提出了一种将迭代学习与未知输入观测器(IL-UIO)相结合的鲁棒容错控制方法.该方法在继承了未知输入观测器干扰解耦优点的同时,运用迭代学习技术,利用前一时刻姿态角速度偏差和IL-UIO输入来更新当前故障信息,实现了执行机构的在线故障重构.进一步基于Lyapunov方法从理论上证明了设计的IL-UIO鲁棒稳定性和姿态角速度偏差一致有界性.最后,建立卫星闭环姿态控制系统对方法进行验证,仿真结果验证了方法的有效性.     

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。     

一种多目标鲁棒跟踪滤波器研究

多目标鲁棒跟踪是现代雷达跟踪系统的重要技术指标之一。为此,本文在作者以往的研究成果[1—4]基础上,提出了一种多目标鲁棒跟踪滤波器。该滤波器主要由模糊α—β滤波器和自校正估值器组成。它们分别是根据模糊集理论和本文提出的二次新息序列概念设计的。仿真结果表明,这种滤波器比以往的α—β滤波器,不但跟踪机动目标精度高,而且具有较好的鲁棒特性。     

基于鲁棒状态观测器的运载火箭姿态控制系统设计

考虑弹性振动和液体晃动,采用鲁棒观测器设计了运载火箭的姿态控制系统。将姿态角测量结果中弹性振动的影响视为外界干扰,利用状态观测器的低通滤波特性实现对高频弹性信号的衰减,同时状态观测器替代速率陀螺估计得到姿态角速度,以姿态角和角速度信号为输入,采用扭曲二阶滑模控制方法设计了姿态控制律,并从理论上对该控制律稳定液体晃动和弹性振动的原理进行了证明,对观测器变换矩阵的选择进行分析。数值仿真表明,在参数摄动和干扰的影响下,所提出的变结构控制律能够有效的跟踪控制指令,稳定系统姿态,具有较强的鲁棒性,同时鲁棒状态观测器能够准确的估计出角速度信息。     

卫星自主导航中的偏差分离鲁棒滤波

研究卫星自主导航中的滤波算法.在以地心矢量为观测量的卫星自主导航系统中,由于观测模型不准、测量设备精度有限等因素,使得系统的观测量存在多种偏差,最终问题可抽象为观测量中含有偏差的离散线性系统的状态估计问题.把观测量中难以建模的复杂时变偏差看作不确定项,用一个模型误差界参数来描述不确定性的影响,由此设计鲁棒卡尔曼滤波器.进一步,把常值偏差与状态进行分离,分别构造无常偏的鲁棒滤波器和针对常偏的鲁棒滤波器,最终得到偏差分离鲁棒滤波算法.仿真表明该算法可以有效地抑制系统中的不确定性偏差,明显提高了卫星自主导航的精度.     

卫星姿态的鲁棒反馈滤波器方法研究

针对传统卫星姿态估计过程中计算量大的问题,提出了基于控制反馈的卫星姿态鲁棒滤波方法,将滤波器的新息作为闭环系统的输入,由此可以分离动态滤波方程中的时变因素(卫星姿态角速度),再将时变因素作为系统的不确定性考虑,最终通过鲁棒滤波方法对线性时不变系统的最终稳态值进行求解。该方法可以通过陀螺与星敏感器的参数信息,提前离线计算出滤波器的相关参数,具有很强的工程可用性。仿真结果表明,在卫星存在旋转角速度时,三轴的估计精度(MSE)比不考虑系统时变因素的控制反馈滤波器分别提升了12%,21. 05%,4%。     

控制受限的编队航天器鲁棒自适应控制

研究了考虑控制受限的编队航天器鲁棒自适应轨道跟踪控制问题。针对航天器编队飞行系统中控制受限、外部扰动和模型不确定性的情况,利用反步控制方法和指令滤波设计提出了一种鲁棒自适应控制策略。指令滤波器用于补偿控制受限对于控制器的影响,同时设计了自适应律对未知参数进行估计,并且利用Lyapunov稳定性理论分析了闭环系统的渐近稳定性。和滑模控制等传统鲁棒控制不同,所设计的鲁棒自适应控制器是连续的,更便于航天器编队飞行系统的实现。仿真结果表明所设计的控制器既能实现高精度的编队飞行跟踪控制,又能保证控制受限的要求。     

基于滑模微分器的吸气式高超声速飞行器鲁棒反演控制

针对吸气式高超声速飞行器气动\推进\结构弹性耦合运动学模型,提出了一种基于滑模微分器的鲁棒反演控制器设计方法。分别采用反演和动态逆方法设计虚拟控制量和实际控制量。引入滑模微分器来精确估计虚拟控制量的导数,避免了传统反演控制方法"微分项膨胀"问题。基于滑模微分器,设计了一种非线性干扰观测器,可对模型不确定项进行精确估计和补偿,从而增强了控制器的鲁棒性。仿真结果表明,该控制器对模型不确定性和气动弹性影响具有较强的鲁棒性,且能实现对速度指令和高度指令很好的跟踪效果。     

一类飞行器网络控制系统的鲁棒故障检测算法

针对同时存在马尔可夫短时延和数据包丢失的网络环境,研究了一类飞行器网络控制系统的鲁棒故障检测问题。通过将马尔可夫短时延与丢包建模为一个有限马尔可夫链,并针对丢包建立相应的数学模型,飞行器网络控制系统被建模为离散有限马尔可夫跳变线性系统。在此基础上构建残差发生器,相应的故障检测问题归结为滤波问题。以线性矩阵不等式的形式给出并证明了故障检测滤波器的存在条件和求解方法。仿真结果表明,所提出的建模方法能够有效地减少丢包对故障检测性能的影响,同时上述故障检测方法对故障敏感,对未知扰动具有鲁棒性。     

一种新的鲁棒PM滤波及其在组合导航中的应用

针对传统M估计滤波在处理系统尖锐野值时会出现不稳定或发散的特点,提出了一种新的基于映射统计野值检测的M估计(PM)滤波算法。该算法借鉴电力系统中GM估计野值检测与抑制方法,通过增加系统结构空间信息来提高鲁棒性,该算法不仅对受污染的高斯噪声具有鲁棒性,还能够抑制尖锐状态野值、结构野值等对系统的不利影响。将这种新的滤波算法应用于CNS/SAR/SINS组合导航系统中,仿真结果表明,与常规Kalman、M估计滤波相比,鲁棒PM滤波具有更强的结构抗差能力。     

基于模糊观测器的不确定非线性系统故障检测方法

给出了一种不确定非线性系统的基于模糊观测器的故障诊断方法。用T-S模型描述不确定非线性系统,从而得到一种新的模糊观测器,并给出了其稳定性约束条件LMI。将模糊观测器和实际系统的输出之差作为残差可对不确定非线性系统进行故障检测。最后给出了一个控制系统感应电机的故障诊断应用实例。     

一种基于小波和人工神经网络的故障检测与诊断方法

提出了一种基于小波和人工神经网络的故障检测与诊断的方法，该方法利用小波包分解的精确细分的特点，分别对正常系统和故障系统的采样信号进行精确特征提取，并构造一系列基于信号能量且具有表征系统状态能力的特征向量，然后利用人工神经网络分类器对系统在各种状态下的特征向量进行分类决策，从而实现对系统的故障检测与诊断。     

基于数值微分方法的卫星陀螺故障诊断(英文)

提出一种基于数值微分的卫星陀螺故障诊断方法。通过引入代数可观测的概念,将故障诊断问题转化为求解数值微分问题。并根据卫星姿态运动学方程证明了陀螺故障的代数可观性。然后通过高增益观测器的方法来近似姿态敏感器测量输出的数值导数,并利用李雅普诺夫理论分析和设计高增益观测器。基于陀螺故障的代数可观性和星敏感器测量输出的数值微分,可以直接得到陀螺组件的故障估计值。最后,通过突变、缓变和并发故障等仿真算例验证了算法的有效性,仿真结果表明所提出的方法不仅可以检测故障的发生,而且能够估计故障幅值。     

小卫星故障诊断与处理技术

介绍一种简单有效的故障诊断及处理技术，它将小卫星的故障分为分系统级，系统级和系统外部级三种，并由星务管理软件处理系统级故障，在每个循环周期都对遥测参数进行采集和监测，故障发生时，根据故障的优先级，选择并恢复具有最高优先级的故障。该技术在某小卫星中应用，能有效满足系统控制周期的限制和系统可靠性要求。     

一种面向输出响应的多频测试故障检测与隔离方法

介绍一种在测点访问有限的情形下 ,针对模拟电路外接口的响应信息进行故障检测和隔离的方法。在构建连续的故障字典曲线的基础上 ,通过仿真实验 ,探讨并验证了利用多频测试来积累故障误差 ,构建误差曲线以检测和判别故障器件的实现思路。     

基于可观测性和可靠性的传感器分布优化设计

为了解决航天器的故障检测的传感器分布的设计问题,本文提出一种描述系统故障的有向图模型,针对该模型,给出了基于可观测性和可靠性的传感器分布的设计问题的描述,并提出了优化设计的思想。根据该思想给出了传感器分布优化设计方案,该方案考虑了故障的可观测性和故障检测的可靠性问题,还有传感器安置成本的约束问题,并采用了贪婪启发式算法实现了该方案。该方案应用到某卫星一次电源系统,仿真算例的结果表明该方案满足了可观测性和可靠性的要求,通过与其它设计方案对比,该方案能够快速提高系统的可靠性,更适合系统设计的需要。
     

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。     

基于仲裁的高可用服务器故障检测机制的研究

故障检测是设计高可用系统的一项关键技术，本文研究了双模高可用容错服务器的故障检测机制。首先，通过马尔科夫模型对服务器系统进行了分析，指出设计高覆盖率和高成功率的故障检测机制对系统可用性的重要影响。针对传统使用的故障检测机制成功率较低的问题，提出了一种仲裁检测机制，仲裁系统采用容错方案设计，具有较高的可靠性，在双机无法对故障做出正确判断时，可作为可信的第三方对故障做出准确的定位，有效地提高了系统的检测成功率。在此基础上，一种基于仲裁的多层心跳检测机制被应用到了实际系统的设计中，并通过试验证明了其可满足可用性设计要求。