[发明专利]多源干扰系统的容错抗干扰控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种容错抗干扰控制方法，特别是一种多源干扰系统的容错抗干扰控制方法，该方法可用于多源干扰系统的故障诊断与容错抗干扰控制，如卫星、导弹和飞机等航空航天系统的姿态控制子系统。

背景技术

近年来，随着航空航天技术的发展，飞行器的结构和任务需求日益复杂，对控制精度和稳定度的要求也越来越高，导致飞行器的故障发生概率也愈来愈高。例如，有学者通过对1990-2001年间国内外成功发射的764个航天器进行了统计和分析，结果发现121个出现故障，占航天器总数的15.8%。飞行器工作的可靠性、在轨飞行的可维护性和有效性成为了航空航天领域的一个研究重点。而容错控制及故障检测与诊断为提高系统的可靠性、可维护性和有效性开辟了一条新途径。另外，伴随着飞行器结构和任务需求的日益复杂，影响飞行器姿态控制精度和稳定度的因素越来越多，主要归纳为以下几点：外部环境干扰力矩、星体内部执行机构飞轮的振动、飞轮的摩擦、喷气动量卸载、敏感器测量噪声及系统模型的不确定性等。

针对上述一系列问题，当系统中存在时变能量有界故障但是没有干扰时，国内外学者提出了很多有效的方法并取得了一定的效果。但是考虑到实际系统中干扰无时不在、无处不在，单一的考虑故障就会带来一系列的问题，特别是不能保证系统的姿态控制精度和稳定度。在此基础上，系统中同时存在时变故障和干扰的情况成为了一个研究方向，国内外学者提出了一系列的解决方法，例如H_∞优化技术、基于内模结构的H_∞控制器等。但是现有方法在设计观测器估计故障的基础上，将干扰看作范数有界量进行抑制，这样的处理方法有以下两方面的劣势：第一，将系统中的所有干扰看作范数有界量进行抑制，即将系统中存在的干扰看作一个整体进行处理，忽略了系统内部分可建模干扰的信息或者通过物理测量手段能获得的干扰信息，没有充分利用系统资源，难以实现高精度的姿态控制；第二，将系统中的所有干扰看作范数有界量进行抑制，势必会增加系统的保守性，同样难以实现高精度的姿态控制。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对多源干扰系统，克服现有技术的不足，提供一种具有干扰抵消和抑制性能的容错抗干扰控制方法，解决多源干扰系统的干扰抵消、干扰抑制和故障诊断及容错控制问题，提高系统的控制精度与稳定度。

本发明的技术解决方案为：一种多源干扰系统的容错抗干扰控制方法，其特征在于包括以下步骤：

首先，设计故障诊断观测器估计并抵消系统中的时变故障；其次，设计干扰观测器估计并抵消多源干扰系统中的可建模干扰；再次，设计鲁棒H_∞状态反馈控制器抑制多源干扰系统中的不可建模随机干扰、故障估计误差和干扰估计误差；最后，基于故障诊断观测器、干扰观测器和鲁棒H_∞状态反馈控制器，设计容错抗干扰控制器；具体步骤如下：

第一步，搭建含有多源干扰系统的动力学模型，并写成状态空间表达式

针对含有时变故障、可建模干扰和不可建模随机干扰的多源干扰系统，搭建其系统动力学模型，并写成状态空间表达式如下：