[发明专利]基于T-S模糊模型与学习观测器的卫星故障诊断与容错控制方法

权利要求书

1.基于T-S模糊模型与学习观测器的卫星故障诊断与容错控制方法，其特征在于它按以下步骤进行： 

步骤1、根据卫星姿态动力学方程和陀螺测量方程，建立非线性卫星姿控系统的数学模型； 

步骤2、将步骤1获得的非线性卫星姿控系统模型在r个工作点ω₁,ω₂,…,ω_r进行模糊线性化，设计r条if-then模糊规则，建立卫星姿控系统的T-S模糊模型； 

步骤3、针对步骤2获得的卫星姿控系统的T-S模糊模型，设计T-S模糊学习观测器实现卫星姿态角速度估计和执行机构的鲁棒故障检测、隔离以及故障重构； 

步骤4、基于步骤3中获得的卫星姿态角速度和执行机构故障重构信号设计状态反馈容错控制器，使得卫星姿控系统闭环稳定。 

2.如权利要求1所述的基于T-S模糊模型与学习观测器的卫星故障诊断与容错控制方法，其特征在于步骤一的具体内容为：考虑卫星出现执行机构故障和空间干扰力矩，根据卫星姿态动力学方程和陀螺测量方程，建立非线性卫星姿控系统的数学模型为： 

ω_g(t)=Cω(t) 。

3.如权利要求2所述的基基于T-S模糊模型与学习观测器的卫星故障诊断与容错控制方法，其特征在于步骤二的具体内容为：将步骤一建立的非线性卫星姿控系统的数学模型进行模糊线性化，选取r个操作点，ω₁,ω₂,…,ω_r，建立r条if-then模糊规则，具体模糊规则建立如下： 

如果ω_x是M_i1，ω_y是M_i2,ω_z是M_i3，则 

ω_g(t)=C_iω(t) 

则卫星姿控系统的T-S模糊模型描写如下： 

。

4.如权利要求3所述的基于T-S模糊模型与学习观测器的卫星故障诊断与容错控制方法，其特征在于步骤三的具体内容为：针对步骤二所述的卫星姿控系统T-S模糊模型，分别针对滚动轴、俯仰轴和偏航轴执行机构设计学习观测器实现全部执行机构故障检测、隔离和故障 重构。设计的学习观测器如下： 

假设 

T+HC=I₃

则误差动力学方程为： 

为了实现全部执行机构的鲁棒故障检测、隔离和故障重构，需设计三个学习观测器，具体设计步骤如下： 

1）针对滚动轴执行机构故障，设计观测器增益T解耦俯仰轴和偏航轴的空间干扰力矩，即： 

结合等式T+HC=I₃，此观测器增益矩阵T,H可获得如下： 

2）针对俯仰轴执行机构故障，设计观测器增益T解耦滚动轴和偏航轴的空间干扰力矩，即： 

此观测器增益矩阵T,H可获得如下： 

3)考虑偏航轴执行机构故障，设计观测器增益T解耦滚动轴和俯仰轴的空间干扰力矩，即： 

此观测器增益矩阵T,H可获得如下： 

给出求解三个学习观测器的其他增益矩阵方法： 

给定正常数ε≥0,α₁>1，存在正定对称矩阵P,Q和矩阵Y_i使得对于i∈[1,2,…,r]有如下条件成立： 

PTF_i=α(K_2iC)^T

其中α=(1+ε)λ_max(Q)，通过不等式可选择合适的增益矩阵K₁；为了求解观测器增益L_i,K_2i，将等式PTF_i=α(K_2iC)^T转化为如下线性矩阵不等式的求解问题： 

最小化μ 

因此利用MATLAB/LMI工具箱求解不等式和 

可获得观测器增益L_i,K_2i。 

5.如权利要求4所述的基于T-S模糊模型与学习观测器的卫星故障诊断与容错控制方法，其特征在于步骤四的具体内容为：基于步骤三获得的卫星姿态角速度 和执行机构故障重构信号设计如下状态反馈容错控制器： 

因此可得闭环卫星姿控T-S模糊系统如下： 

其中Δ_i=B_iKe_ω(t)+B_ie_f(t)+E_id(t)，为了使得卫星姿控系统闭环稳定，要求对于i∈[1,2,…,r]，A_i-B_iK是Hurwitz矩阵。