[发明专利]一种基于二阶滑模观测器的航天器故障诊断方法

权利要求书

1.一种基于二阶滑模观测器的航天器故障诊断方法，其特征在于：包括以下步骤：

采用罗德里格参数建立刚体航天器姿态数学模型，根据刚体航天器姿态数学模型建立非线性动力学方程，并将非线性动力学方程进行改写，根据改写的非线性动力学方程设计二阶滑模观测器；

对二阶滑模观测器的等价注入项进行低通滤波处理，估计故障的外轮廓，将故障的估计值与设定的阈值进行比较，完成系统故障诊断；

所述二阶滑模观测器为：

α＞f⁺,

其中，x₁为σ的符号表示；x₂为的符号表示；为x₁的估计值，为的导数；为x₂的估计值，为的导数；z₁和z₂均为二阶滑模观测器的等价注入项，其中z₁为二阶滑模观测器的第一等价注入项；z₂为二阶滑模观测器的第二等价注入项；J^*(x₁)为对称正定矩阵，(J^*(x₁))^-1为J^*(x₁)的逆矩阵；为状态矩阵；G^T(x₁)为转换矩阵；λ为z₁的比例系数，α为z₂的比例系数；sign()为符号函数；max()为取最大值函数；f⁺为估计常数；m,n,p为正整数；为对取绝对值；τ为作用于航天器的控制力矩；d为作用于航天器的干扰力矩；

所述对二阶滑模观测器的等价注入项进行低通滤波处理为：

其中，z₂为二阶滑模观测器的等价注入项；为z₂进行低通滤波后的值；ε为z₂和之间的差值；

所述故障的外轮廓可估计为：

其中，为z₂进行低通滤波后的值；Δτ为作用于航天器的故障力矩值；

所述将故障的估计值与设定的阈值进行比较包括：

其中，r为航天器系统故障指示值，当“r＝1”时表示系统发生故障；“r＝0”表示系统未发生故障；为对取绝对值；T为设定的阈值。

2.根据权利要求1所述的基于二阶滑模观测器的航天器故障诊断方法，其特征在于：所述刚体航天器姿态数学模型为：

其中，σ为航天器姿态信息；为σ的导数；σ^T为σ的转置；σ^×为σ的叉乘矩阵；F(σ)为σ的状态矩阵；ω为航天器角速度信息；为ω的导数；ω^×为ω的叉乘矩阵；J为航天器的转动惯量矩阵；τ为作用于航天器的控制力矩；d为作用于航天器的干扰力矩；I为单位矩阵。

3.根据权利要求1所述的基于二阶滑模观测器的航天器故障诊断方法，其特征在于：所述非线性动力学方程为：

J^*(σ)＝G^T(σ)JG(σ),

其中，σ为航天器姿态信息；为σ的导数；为σ的二阶导数；J^*(σ)为σ的对称正定矩阵；为σ和的状态矩阵；G(σ)为σ的转换矩阵；G^T(σ)为G(σ)的转置；d为作用于航天器的干扰力矩；为转换后的干扰力矩；F(σ)为σ的状态矩阵；为F(σ)的导数；J为航天器的转动惯量矩阵；×为求叉乘矩阵符号。

4.根据权利要求1所述的基于二阶滑模观测器的航天器故障诊断方法，其特征在于：所述将非线性动力学方程进行改写为：

y＝x₁

其中，x₁为σ的符号表示；x₂为的符号表示；为x₁的导数；为x₂的导数；J^*(x₁)为对称正定矩阵；C(x₁,x₂)为状态矩阵；G^T(x₁)为转换矩阵；τ为作用于航天器的控制力矩；Δτ为作用于航天器的故障力矩值；y为系统输出；d为作用于航天器的干扰力矩。