[发明专利]一种卫星控制系统离散积分滑模容错控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及含匹配和不匹配不确定性的卫星控制系统离散积分滑模容错控制方法。

背景技术

为了保证卫星控制系统在运行过程中的高可靠性，一般要对关键部件设计足够的冗余，使系统发生故障后，经过诊断隔离和重构，可以利用健康的执行机构和相应的控制算法进行姿态控制。当某些执行机构未发生完全故障，其故障只是影响了输出效率，在没有其他的可用资源时，此时采用恰当的控制算法可以利用这些故障的执行机构实现卫星的姿态控制。另外由于干扰，建模不确定性等多种未知因素的影响，航天器控制算法应该设计充分的鲁棒性。因此，对于航天器系统，研究处理多种故障（比例故障、完全故障）和多种不确定性同时存在的姿态控制算法至关重要。

积分滑模控制方法对于不确定性具有比较强的鲁棒性，已有学者设计了连续积分滑模容错控制方法，对多故障取得了很好的容错控制效果。但是卫星控制系统是含多种不确定性的采样控制系统，需要设计能使闭环系统稳定的、同时处理故障和多种不确定性离散控制律。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是设计一种基于离散积分滑模容错控制、健康因子的在线辨识和控制分配的卫星容错控制方法，该方法能够有效的在线处理含健康因子不准确、多故障和多种不确定性同时存在的卫星姿态控制问题。

一种卫星控制系统离散积分滑模容错控制方法，包括如下步骤：

（1）根据卫星的离散线性系统模型设计离散积分滑模控制器，具体包括如下步骤：

（1.1）设计不含故障和不确定性的卫星的线性系统模型为参考模型；所述参考模型为x_0,k+1=Φx_0,k+Γv_0,k；其中，v_0,k=-K₀x_0,k，x_0,k为已知的第k步的参考状态，x_0,k+1为第k+1步的参考状态；K₀为控制系数；Φ为状态转移矩阵，Φ=I+AT，A为系统矩阵，T为采样时间；Γ为卫星的离散线性系统虚拟控制律的系数矩阵，Γ=BT，B为卫星的连续线性系统虚拟控制律的效率矩阵;I为单位矩阵；

（1.2）根据公式e_k=x_k-x_0,k计算残差e_k；其中，x_k为通过测量得到的第k步的状态；

（1.3）根据公式σ_k=G(x_k-x₀)+ε_k计算滑模面变量σ_k；其中，ε_k=ε_k-1+Ex_k-1，E=-G(Φ-I-ΓK₀)，G为系数矩阵，x_k为第ｋ步测量的状态；x₀为初始状态；x_k-1为通过测量得到的第k-1步的状态；