本文關(guān)鍵詞：基于LPV模型的衛(wèi)星姿控系統(tǒng)故障診斷及容錯控制研究

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【摘要】：隨著航天科學(xué)的飛速發(fā)展,各種各樣的衛(wèi)星發(fā)射升空完成相應(yīng)的任務(wù)。太空環(huán)境是復(fù)雜多變的,衛(wèi)星在軌運行時難免會受到外界的干擾,而且衛(wèi)星自身某些部件在長時間的運行中也會不可避免地發(fā)生故障。衛(wèi)星姿控系統(tǒng)是保證衛(wèi)星穩(wěn)定運行的關(guān)鍵,發(fā)生故障的幾率比較高,所以對于衛(wèi)星姿控系統(tǒng)的故障診斷和容錯控制問題顯得特別必要。本文應(yīng)用了基于LPV模型的方法對衛(wèi)星姿控系統(tǒng)進行了故障診斷和容錯控制研究。本文研究的對象是對地定向三軸穩(wěn)定衛(wèi)星,首先對姿控系統(tǒng)的建模進行了研究,分析了衛(wèi)星可能發(fā)生故障的部位,其中包括執(zhí)行機構(gòu)、慣性敏感器和星敏感器,建立了對應(yīng)的故障模型,最后進行了仿真分析。簡單介紹了線性時變系統(tǒng)的基本理論,將衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化成了LPV模型;利用轉(zhuǎn)化后的衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)LPV模型設(shè)計了相應(yīng)的PD控制器,基于該控制器仿真分析了衛(wèi)星姿控系統(tǒng)正常運行時的狀態(tài),將結(jié)果與前文仿真結(jié)果進行了比較。利用前文推導(dǎo)出的姿態(tài)動力學(xué)關(guān)系,設(shè)計了故障檢測觀測器,用于檢測飛輪故障;根據(jù)奉獻觀測思想,設(shè)計了觀測器組,解耦了不同軸上的飛輪故障,隔離了飛輪故障,并進行了仿真分析。利用前文推導(dǎo)出的姿態(tài)運動學(xué)模型,設(shè)計了故障檢測觀測器,用于檢測陀螺故障。并且根據(jù)自適應(yīng)觀測器的思想,設(shè)計了觀測器組。對于常值漂移增大這種故障,成功隔離了故障,并且可以估計故障的嚴重程度,并進行了仿真分析。最后,論文對于衛(wèi)星姿控系統(tǒng)進行了容錯控制研究,利用了基于偽逆法的容錯控制方法,針對執(zhí)行機構(gòu)(飛輪)發(fā)生的空轉(zhuǎn)故障,根據(jù)故障檢測所得出的信息,進行了故障信息重構(gòu),詳細推導(dǎo)了附加的控制律,并利用附加的控制律實現(xiàn)了故障信息的補償,實現(xiàn)了故障調(diào)節(jié)。通過仿真分析可知,由于控制律的調(diào)節(jié),飛輪角速度仍有偏差但偏差已經(jīng)很小,并且姿態(tài)四元數(shù)穩(wěn)定時間更快,說明所設(shè)計的控制律對于飛輪空轉(zhuǎn)或者卡死故障有良好的容錯效果。
【關(guān)鍵詞】：衛(wèi)星姿控系統(tǒng) LPV模型 故障診斷 觀測器 偽逆法 容錯控制
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V448.22
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 研究背景與意義10-11
• 1.2 研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 基于模型的故障診斷技術(shù)研究現(xiàn)狀11
• 1.2.2 線性參數(shù)時變系統(tǒng)理論和應(yīng)用11-12
• 1.2.3 衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)故障診斷技術(shù)12-13
• 1.2.4 容錯控制技術(shù)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 論文研究內(nèi)容14-16
• 第2章 衛(wèi)星姿控系統(tǒng)建模16-31
• 2.1 引言16
• 2.2 衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)建模16-21
• 2.2.1 運動學(xué)建模17-18
• 2.2.2 動力學(xué)建模18-19
• 2.2.3 陀螺建模19-20
• 2.2.4 星敏感器建模20
• 2.2.5 反作用飛輪建模20-21
• 2.3 故障部位分析及故障建模21-24
• 2.3.1 故障及其分類21-22
• 2.3.2 飛輪故障及數(shù)學(xué)表達22
• 2.3.3 陀螺故障及數(shù)學(xué)表達22-23
• 2.3.4 方向敏感器故障及數(shù)學(xué)表達23-24
• 2.4 故障仿真24-29
• 2.4.1 衛(wèi)星正常狀態(tài)仿真24-26
• 2.4.2 飛輪故障狀態(tài)仿真26-28
• 2.4.3 陀螺故障狀態(tài)仿真28-29
• 2.5 本章小結(jié)29-31
• 第3章 衛(wèi)星姿控系統(tǒng)LPV化及仿真31-41
• 3.1 引言31
• 3.2 線性時變系統(tǒng)分析31-33
• 3.2.1 線性時變系統(tǒng)31
• 3.2.2 線性時變系統(tǒng)穩(wěn)定判定31-33
• 3.3 衛(wèi)星姿控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型分析33-38
• 3.3.1 衛(wèi)星姿控系統(tǒng)的LPV化33-36
• 3.3.2 可控、可觀性36-37
• 3.3.3 基于LPV系統(tǒng)的PD控制器設(shè)計37-38
• 3.4 基于LPV模型的PD控制無故障仿真38-40
• 3.5 本章小結(jié)40-41
• 第4章 飛輪故障診斷41-56
• 4.1 引言41
• 4.2 飛輪故障檢測41-47
• 4.2.1 觀測器設(shè)計思路41-43
• 4.2.2 故障檢測觀測器設(shè)計43-44
• 4.2.3 仿真分析44-47
• 4.3 故障分離的觀測器組設(shè)計47-55
• 4.3.1 線性參數(shù)時變觀測器設(shè)計思路47-49
• 4.3.2 故障分離觀測器設(shè)計49-51
• 4.3.3 仿真結(jié)果51-55
• 4.4 本章小結(jié)55-56
• 第5章 慣性敏感器故障檢測56-68
• 5.1 引言56
• 5.2 慣性敏感器故障檢測56-60
• 5.2.1 觀測器設(shè)計思路56-57
• 5.2.2 故障檢測觀測器設(shè)計57-58
• 5.2.3 仿真分析58-60
• 5.3 慣性敏感器故障分離的觀測器組設(shè)計60-67
• 5.3.1 觀測器設(shè)計思路60-61
• 5.3.2 慣性敏感器觀測器設(shè)計61-62
• 5.3.3 仿真結(jié)果62-67
• 5.4 本章小結(jié)67-68
• 第6章 衛(wèi)星姿控系統(tǒng)容錯控制研究68-77
• 6.1 引言68
• 6.2 偽逆法容錯68-72
• 6.2.1 偽逆法信息重構(gòu)69-71
• 6.2.2 偽逆法優(yōu)化71-72
• 6.3 基于偽逆法的容錯控制器設(shè)計72-73
• 6.4 仿真分析73-75
• 6.5 本章小結(jié)75-77
• 結(jié)論77-79
• 參考文獻79-85
• 致謝85

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張君昌,侯義斌,李言俊;基于知識熵漲落的系統(tǒng)智能容錯控制法[J];彈箭與制導(dǎo)學(xué)報;2000年02期

2 黃孝彬,牛玉廣,孫萬云;容錯控制及其在火電廠中的應(yīng)用[J];電力情報;2000年04期

3 王峰;汪t，

本文編號：1062930