[发明专利]基于冗余控制器的航天器闭环姿态控制系统及其控制方法

权利要求书

1.基于冗余控制器的航天器闭环姿态控制系统，包括至少两个控制器、识别器、切换器；

所述识别器输入端接被控系统输出端，识别器输出端接切换器；

所述控制器中，有且只有一个控制器的输出端接被控系统输入端；

其特征在于，所述基于冗余控制器的航天器闭环姿态控制系统中还包括数目与控制器相同的估计器、数目与控制器相同的选择开关，所述每个控制器通过一个选择开关与一个估计器或者被控系统输出端连接，识别器在控制器与被控系统输出端连接时输出控制器镇定信息至切换器，估计器在控制器与估计器连接时输出控制器镇定信息至切换器；

所述切换器根据控制器镇定信息，切换与被控系统输入端连接的控制器。

2.根据权利要求1所述的基于冗余控制器的航天器闭环姿态控制系统，其特征在于所述估计器包括：反虚拟被控模块、虚拟被控模块、决策器，其中，

所述反虚拟被控模块输入端、虚拟被控模块输入端分别与控制器输出端连接，所述反虚拟被控模块输出端或者虚拟被控模块输出端与控制器输入端连接，所述反虚拟被控模块输出端、虚拟被控模块输出端分别与所述决策器输入端连接，决策器输出端接切换器。

3.根据权利要求2所述的基于冗余控制器的航天器闭环姿态控制系统的控制方法，其特征在于，采用如下步骤操作每一个控制器：

步骤1，建立被控系统数学模型，以及考虑了不确定时变参数影响的控制器数学模型；

步骤2，建立控制器不确定时变参数变化与被控系统稳定的关系；

步骤3，检测每一个控制器的连接情况，根据步骤2建立的控制器不确定时变参数变化与被控系统稳定的关系得到每一个控制器镇定信息；

步骤4，切换器根据步骤3所述的控制器镇定信息发出切换指令，选择一个控制器与被控系统连接。

4.根据权利要求3所述的基于冗余控制器的航天器闭环姿态控制系统的控制方法，其特征在于，步骤2的具体实施方法如下：

步骤2-1，利用被控系统状态量构建李雅普诺夫函数；

步骤2-2，在步骤1所述的考虑了不确定时变参数影响的控制器数学模型的作用下，求解李雅普诺夫函数沿着被控系统数学模型轨迹的时间导数，将不确定时变参数取值划分为镇定被控系统取值域、非镇定被控系统取值域。

5.根据权利要求3或4所述的基于冗余控制器的航天器闭环姿态控制系统的控制方法，其特征在于，步骤3利用如下步骤根据步骤2建立的控制器不确定时变参数变化与被控系统稳定的关系得到每一个控制器的镇定信息：

步骤A，在初始时刻连接控制器与虚拟被控模块，检测控制器与被控系统的连接关系：

当控制器与被控系统连接时：断开控制器与虚拟被控模块的连接，直到控制器与被控系统断开连接时，进入步骤C；

当控制器与被控系统断开连接时，初始化虚拟被控模块得到控制器镇定信息：控制器镇定被控系统时，进入步骤B，控制器不能镇定被控系统时，进入步骤C；

步骤B，初始化虚拟被控模块，利用虚拟被控模块估计控制器镇定信息，具体包括如下步骤：

步骤B-1，控制器输入端与虚拟被控模块输出端连接；

步骤B-2，检测到控制器与被控系统的连接状况：

当控制器与被控系统连接时，断开控制器与虚拟被控模块的连接，直到控制器与被控系统断开连接时，进入步骤C；

当控制器与被控系统断开连接，且控制器镇定被控系统时，返回步骤B-1，否则，进入步骤C;

步骤C，初始化反虚拟被控模块，利用反虚拟被控模块估计控制器镇定信息，具体包括如下步骤：

步骤C-1，控制器输入端与反虚拟被控模块输出端连接；

步骤C-2，在控制器镇定被控系统时，返回步骤B，否则，返回步骤C-1。