天宫一号目标飞行器GNC分系统容错策略设计

天宫一号目标飞行器是中国研制的新一代专门用于交会对接的大型载人航天器.为保证其长期在轨安全可靠运行,顺利完成与载人飞船的交会对接任务,以及单体飞行和组合体飞行期间的姿态和轨道控制任务,要求GNC分系统设计充分的容错策略.对GNC分系统软硬件平台进行介绍,对敏感器、执行机构以及控制器的软硬件容错策略进行详述.该策略在实际应用中得到验证,结果表明设计合理,可以有效提高GNC分系统的系统性能和可靠性.     

雷达测量误差模型的容错检验算法

空间飞行器导航定位的精度及可靠性很大程度上取决于雷达误差修正模型准确与否。以脉冲雷达为研究对象,采用统计假设检验理论,对雷达测量数据有无野值等不同情形,分别建立了误差模型拟合优度F 检验与容错F-检验、模型分量显著性T-检验和容错T-检验算法,并且利用雷达跟踪飞行器的实测数据对算法进行了验证。结果显示,模型拟合优度检验与模型分量显著性检验等系列算法具有良好的容错性和适应性,可用于诊断雷达误差模型是否正确有效。     

星载计算机拜占庭容错设计与验证

 为确保载人航天器的安全可靠,载人航天器控制计算机一般需具备拜占庭故障恢复的能力。根据拜占庭恢复理论,提出一种拜占庭容错计算机实现的原理性方案,然后对这种拜占庭容错方案进行了原型实现和验证,实验结果表明了方案的可行性和有效性。     

面向进化容错的FPGA故障模型研究

不同的容错方法需采用不同的故障模型。文章分析了进化容错方法的特点,提出需要研究与之相适应的FPGA故障模型。首先从故障模型定义出发提出故障模型划分的思想,从不同的角度研究FPGA故障模型;然后根据基于SRAM的FPGA的结构特点,从功能角度和配置角度提出两种FPGA故障模型划分,分析了两种故障模型划分方法所适用的容错方法。从配置角度划分FPGA故障模型有利于简化进化容错方法中的故障检测环节。故障检测实验的结果说明这种划分方法是有效的。     

无人驾驶飞机飞行控制新技术

分析了国外无人机飞行控制系统的发展现状和趋势,提出了无人机控制系统的发展方向为自主控制,以及其中的两个关键技术:个体层面上的故障诊断与自修复飞行控制和集群层面上的多机协同技术.并对实现这两种飞行控制系统所要研究的具体技术进行了阐述,为新一代飞控系统设计提供了参考.     

控制输入约束下非线性系统输出反馈容错控制

针对一类非线性系统的执行器增益故障,在考虑控制输入幅值约束下,研究了故障系统的主动容错控制策略。利用静态输出反馈控制策略,基于Lyapunov理论和线性矩阵不等式技术给出了重构容错控制器的递推设计方法,确保故障闭环系统在满足给定控制输入幅值约束下的鲁棒稳定性,并具有与无故障正常系统接近的其他优化控制性能。仿真算例表明了本文容错设计策略的有效性。     

基于自适应逆最优控制的卫星容错控制

针对卫星在轨飞行过程中存在的一类执行机构故障,提出一种基于自适应逆最优控制原理的卫星姿态容错控制设计方法。考虑卫星执行机构出现故障的情况,将系统的不确定性参数作为估计的自适应参数,基于逆最优原理采用积分反推方法求解辅助系统的自适应控制Lyapunov函数,设计了能够确保原系统鲁棒稳定的自适应逆最优控制器。同时基于Lyapunov方法,从理论上推导了所设计出的控制律的稳定性,并通过仿真进行了控制算法验证。仿真结果表明,所设计的基于自适应逆最优控制的卫星容错控制方法能够保证执行机构出现故障时姿态控制系统稳定。     

一类非线性空间分布系统自适应容错控制

研究了一类由偏微分方程组(Partial differential equations,PDE)描述的非线性空间分布系统的自适应容错控制(Fault-tolerant control,FTC)问题。首先,采用模态分解方法将PDE系统表示为一个有限维慢子系统与一个无限维快子系统相耦合的型式;然后,基于慢子系统模型及小增益定理设计了自适应FTC律,使闭环系统在所有容许的未知非线性动态以及执行器卡死故障的影响下都能渐近稳定。