[发明专利]一种基于迭代学习干扰观测器的航天器姿态容错控制方法

摘要

本发明涉及一种基于迭代学习干扰观测器的航天器姿态容错控制方法，针对航天器在轨工作进行姿态控制的过程中存在执行器故障与外部扰动的问题，提出一种基于迭代学习观测器的主动容错控制方法；本发明包括以下步骤：首先，考虑航天器姿态控制系统中的执行器存在故障和航天器受到空间中的外部扰动影响，建立航天器姿态控制系统动力学模型；然后，设计迭代学习干扰观测器估计由执行器故障信息和外部扰动组成的广义干扰力矩；最后，基于估计出的广义干扰设计主动容错控制器；该方法保证了当航天器的执行器发生故障及存在外部扰动时姿态控制系统的稳定性，满足实际控制系统精度要求，具有较强的容错能力及对外部扰动的鲁棒性等优点。

主权项

1.一种基于迭代学习干扰观测器的航天器姿态容错控制方法，其特征在于包括以下步骤：(1)对于航天器姿态控制系统，由执行器对航天器提供有效力矩，但同时需考虑航天器的执行器存在失效故障和安装偏差，以及含有外部扰动力矩对航天器姿态控制性能的影响，基于航天器姿态动力学及运动学方程，建立航天器姿态控制系统动力学模型；(2)基于第一步建立的航天器姿态控制系统动力学模型，设计迭代学习观测器，以此估计由执行器故障信息和外部扰动组成的广义干扰；(3)在第二步的基础上，对于第一步中给出的航天器姿态控制系统动力学模型，引入第二步所得的广义干扰估计值，设计主动容错控制器；所述步骤(3)中主动容错控制器为：u＝D0T(D0D0T)-1[-kpqv-kdω-v(t)]其中，是执行器分配矩阵且其秩为rank(D0)＝3；D0T(D0D0T)-1表示关于D0的伪逆矩阵，kp和kd分别为控制器参数，其均为正的常数；qv＝[q1,q2,q3]T表示姿态四元数的矢量部分，其为含有三个元素的列向量，与欧拉轴方向有关，ex,ey,ez代表欧拉轴三个方向上的旋转轴；表示航天器在本体坐标系下相对惯性坐标系的姿态角速度向量，ω1,ω2,ω3分别为航天器关于本体系中的横滚轴、偏航轴和俯仰轴上的角速度分量；v(t)为用迭代学习干扰观测器得出的t时刻的广义干扰的估计值。