[发明专利]一种欠驱动刚体系统的容错控制方法及控制系统

摘要

本发明实施例公开了一种欠驱动刚体系统的容错控制方法及控制系统，涉及自动控制技术领域，能够对于不确定执行器故障导致的不确定欠驱动系统采取容错控制，从而提高刚体系统的可靠性。适用于不确定欠驱动的刚体系统。本发明的方法包括针对每一种故障情况设计保证系统稳定性能的控制器和状态预测器，基于不同的状态预测误差选取合适的控制器。

主权项

一种欠驱动刚体系统的容错控制方法，其特征在于，所述方法用于一种刚体系统，所述刚体系统由于执行器发生故障而导致由过驱动或完全驱动系统转变为欠驱动系统，所述方法包括：针对所述刚体系统的故障情况设置控制器；针对所述刚体系统的故障情况设置状态预测器，并利用所述状态预测器获取所述刚体系统当前状态的误差信息；根据所述状态误差信息确定并选取对应于所述刚体系统当前故障情况的控制器，该控制器对应所述刚体系统当前的故障情况，并用于维持所述刚体系统的稳定；所述刚体系统的执行器的故障信息未知，所述刚体系统当前状态表示为：其中，ω1,ω2,ω3分别表示所述刚体系统在三个正交轴方向上的运行的角速率，分别表示所述刚体系统的角速率在执行器u1,u2,u3分别作用下的动态变化，ω＝[ω1,ω2,ω3]T表示角速率，I＝diag{I1,I2,I3}表示转动惯量，u＝[u1,u2,u3]T表示控制力矩，该力矩可以由转动飞轮或者推力器产生；所述刚体系统的执行器的故障模型为：其中tj表示所述刚体系统在运行过程中随机发生的故障时间，j表示1、2或3中的某一个数，uj表示可能发生故障的执行器对系统的作用力矩；当所述刚体系统由于执行器发生故障时，所述刚体系统的输入控制信号表示为其中v(t)＝[v1(t),v2(t),v3(t)]T表示所述控制器的控制信号，表示故障向量，σ(t)＝diag{σ1(t),σ2(t),σ3(t)}，当第j执行器发生故障σj(t)＝1，否则σj(t)＝0；所述针对所述刚体系统的故障情况设置状态预测器，包括：设置状态预测器：表示针对第一故障情况，即所述刚体系统中的执行器无故障情况设置的状态预测器；表示针对第二故障情况，即所述刚体系统中的执行器1发生故障设置的状态预测器；表示针对第三故障情况，即所述刚体系统中的执行器3发生故障设置的状态预测器；其中，表示ωi在第j故障情况下的估计值，表示对应第j故障情况下的误差信息，aij<0，i＝1,2,3，j＝1,2,3，其中，在所述第一故障情况下的状态预测误差动态为：在所述第二故障情况下的状态预测误差动态为：在所述第三故障情况下的状态预测误差动态为：所述根据所述状态误差信息确定并选取对应于所述刚体系统当前故障情况的控制器，包括：根据误差的性能函数确定控制器v(t)，其中，λ>0。