[发明专利]卫星姿态控制系统执行器驱动符号不确定性的自适应补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星姿态控制技术领域，特别是一种卫星姿态控制系统执行器驱动符号不确定性的自适应补偿方法。

背景技术

航天技术是现代科学技术发展最快的尖端技术之一，其中，现代卫星技术的发展对促进人类文明和社会进步有着十分重要和积极的作用。作为现代卫星最重要的组成部分，姿态控制系统对其性能和安全可靠性起着决定性的作用。卫星是一个复杂的结构系统，且长时间工作在真空、失重、高低温和强辐射环境下，传感器、执行机构以及系统的元器件都不可避免地会发生故障，轻微故障会使得系统的稳定性受到破坏，控制性能显著下降，严重故障则可能导致卫星完全失效，造成巨大的经济损失。因此，如何改善控制性能、提高可靠性已经成为卫星姿态控制系统设计中不得不考虑的问题之一。未来先进卫星的控制系统必须具备自主决策和自适应容错能力，因此应针对卫星姿态控制系统进行可靠性控制进行研究与技术开发。

对于卫星姿态控制系统中执行器驱动符号不确定性问题，专著“Space System Failures:Disasters and Rescues of Satellites,Rockets and Space Probes”(出版社：New York:Springer-Praxi；出版日期：2006；作者：D.M.Harland,R.D.Lorenz)中指出TIMED卫星(Thermosphere Ionosphere and Mesosphere Energetics and Dynamics，于2011年12月7日在范登堡发射)和Anik B1卫星(于1978年12月5日在加拿大发射)发生过执行器驱动符号反转的问题。产生执行器驱动符号反转的原因有很多，比如执行器电压极性接反、或由于计算机故障引起的控制器产生符号相反的控制信号或者是卫星工作环境磁场极性发生反转等。因此，如何补偿卫星姿态控制系统中执行器驱动符号不确定性，改善其控制性能是卫星设计过程中不得不考虑的问题之一。

目前，用于检测和辨识卫星执行器驱动符号反转主要有：一是对执行器进行详尽的地面测试，但该方法的检测和辨识准确性较低；二是在轨发送开环控制指令，对比实际响应和期望响应，判断驱动信号极性反转的执行器，但是该方法需要大量耗时耗力的地面干预。

第三种用于补偿卫星执行器驱动符号不确定性的控制方法是基于Nussbaum增益的方法。如美国专利US 8082047B1“Adaptive control method that compensates for sign error in actuator response”，以及论文“Spacecraft control with uncertain control gain”(M.Sharma,Proceedings of the AIAA Guidance,Navigation,and Control Conference,Toronto,Ontario Canada,AIAA 2010–7893,2010)。上述方法在设计控制器时，均是利用了与系统跟踪误差有关的正弦或余弦信号，使得控制信号持续跳变，从而导致系统响应较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对基于Nussbaum增益的控制方法存在的控制信号持续跳变和瞬态响应差的缺陷，提供一种卫星姿态控制系统执行器驱动符号不确定性的自适应补偿方法，使系统姿态角速度渐近跟踪期望信号。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种卫星姿态控制系统执行器驱动符号不确定性的自适应补偿方法，所述的卫星姿态控制系统的动力学方程为：

其中：ω_x、ω_y、ω_z是卫星空间转动角速度在主惯量轴上的分量；是ω_x、ω_y、ω_z的导数；J_x、J_y、J_z是未知的主惯量轴的转动惯量参数；u_x、u_y、u_z是由执行器产生的控制力矩，

其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、依据卫星姿态控制系统执行器工作状况，对其驱动符号不确定性进行建模，组成执行器驱动符号模式集合；