[发明专利]一种电推力器的自适应容错控制方法有效

专利信息
申请号: 201910830690.6 申请日: 2019-09-04
公开(公告)号: CN110568757B 公开(公告)日: 2020-06-26
发明(设计)人: 章喆;汤海滨;许舒婷;张尊 申请(专利权)人: 北京航空航天大学
主分类号: G05B13/04 分类号: G05B13/04
代理公司: 北京航智知识产权代理事务所(普通合伙) 11668 代理人: 黄川;史继颖
地址: 100191*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 推力 自适应 容错 控制 方法
【说明书】:

发明公开了一种电推力器的自适应容错控制方法,针对离子推力器控制系统故障的情况,基于增量型自适应容错控制算法,建立推力控制系统模型;同时,建立推力器与推力控制系统之间的状态界面模型,以及推力器模型。综合三个模型及其相互之间的关系,建立离子推力器控制系统模型,研究推力控制系统在危机情况下的判断、决策和控制行为特征。通过本发明的技术方案,能够实现离子推力器在应急故障情况下的故障信息获取和容错自适应补偿,对于电推力控制的研究具有重要的学术价值和工程意义。

技术领域

本发明属于电推进等离子体控制技术领域,尤其涉及一种电推力器的自适应容错控制方法。

背景技术

电推进是一类利用电能直接加热推进剂或利用电磁作用电离加速推进剂以获得推进动力的先进推进方式,具有较高的比冲、推力和效率,在大型航天器的轨道控制、深空探测和星际航行等空间任务中有广阔的应用前景。

离子推力器为静电式电推力器的一种,目前已被广泛应用于卫星以及深空探测器的主推进系统。对于推进卫星及深空探测器来说,离子推力器是比较容易出故障的关键部位之一。研究推力器的容错控制,以提高推进系统的安全性和可靠性具有重要的意义。

目前,在推力器容错控制方面主要是被动容错控制器,该控制器不依赖于故障诊断和隔离,主要依赖于自身控制系统的稳定性和可靠性,但对于比较复杂的离子推力器,该方法的作用比较有限,不再完全试用离子推力器控制的特点。

基于增量型自适应容错控制算法能够实现离子推力器在应急故障情况下的故障信息获取和容错自适应补偿,该算法对于电推力控制模型的研究具有重要的学术价值和工程意义,目前还没有专门针对基于增量型自适应容错控制算法的电推力控制模型的研究。

发明内容

容错控制应充分利用当前的计算机高性能和其他相关计算仿真技术,力求采用非传统的先进故障诊断和控制策略算法,从而实现离子推力器在应急故障情况下的故障信息获取和容错自适应补偿。因此,本发明提出基于增量型自适应容错控制算法,具体的,本发明的具体技术方案如下:

一种电推力器的自适应容错控制方法,其特征在于,包括:

S1:基于增量型故障容错控制算法设计控制律并预先设置于可重构的控制器中;

S2:利用直接可测信号的故障检测方法,快速识别检测出的电推力器故障控制模块;

S3:针对步骤S2中的故障,基于增量型故障容错控制算法重构控制律,构建推力控制系统模型;

S4:基于步骤S3建立的推力控制系统模型,建立推力器模型、状态界面模型,所述推力器模型以电推力器为模型被控对象,分析放电电压、放电电流与推力之间的关系;状态界面模型将所述推力器模型与所述推力系统控制模型联合起来;

S5:基于步骤S4建立的推力控制系统模型、推力器模型和状态界面模型,构成推力系统模型,以提高电推力器的安全性和可靠性。

进一步地,所述步骤S1的具体方法为:

S1-1:对于推力控制系统:x(k+1)=Ax(k)+Bu(k),y(k)=Cx(k),其中,x(k)为状态变量,y(k)为输出变量,u(k)为控制变量,A为系统矩阵,B为控制矩阵,C为输出矩阵,k为时间;

为了确保系统的控制性能稳定,引入状态反馈v(k)=-KCx(k),得到闭环控制系统:x(k+1)=(A-BKC)x(k)+Bu(k),y(k)=Cx(k),其中,K为引入的反馈矩阵;

该系统的闭环特征由A-BKC来决定,系统故障时,故障闭环系统的表达式:

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