[发明专利]一种执行机构受损下的航天器抗干扰姿控方法

权利要求书

1.一种执行机构受损下的航天器抗干扰姿控方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，建立执行机构受损同时受外部环境干扰及系统未建模动态影响的航天器姿态控制系统模型；

第二步，设计干扰观测器，对外部环境干扰及系统未建模动态造成的等价干扰进行估计；

第三步，针对执行机构受攻击导致的执行机构失效故障，设计学习观测器，对执行机构故障进行重构；

所述第三步中设计的学习观测器Σ₄为：

Σ₄:

其中，为状态x的估计值，为状态的关于时间t的一阶导数，为执行机构失效故障转换矩阵H(t)的重构信号，为已知非线性函数的估计值，为等价干扰d的估计值，τ为学习时间间隔，为正常值，为t-τ时刻的执行机构失效故障重构信号，L、K₁、K₂为待设计的适维观测器矩阵；

第四步，根据等价干扰估计值和执行机构故障重构信息设计复合控制器，构造出一种执行机构受损下的航天器抗干扰姿控方法。

2.根据权利要求1所述的一种执行机构受损下的航天器抗干扰姿控方法，其特征在于：所述第一步具体实现如下：

建立执行机构受损同时受外部环境干扰及系统未建模动态影响的航天器姿态控制系统模型Σ₁为：

Σ₁:

其中，x＝[x₁ x₂]^T为系统状态，为系统状态的时间导数，θ、ψ分别为航天器的滚转角、俯仰角及偏航角，分别为滚转角速度、俯仰角速度及偏航角速度，u＝[u₁ u₂ ... u_n]^T为控制输入，u_n为第n个控制输入，n＝1,2,3，d为由外部环境干扰及未建模动态造成的等价干扰，满足α为正常值，系数矩阵0_3×3和I_3×3分别表示3阶零矩阵和3阶单位矩阵，J为航天器转动惯量，J^-1为转动惯量矩阵J的逆矩阵，非线性矩阵为已知的非线性函数，为非线性矩阵关于时间t的导数，ω为姿态绝对角速度，ω＝[ω_x ω_y ω_z]^T，ω_x、ω_y、ω_z分别为滚转通道、俯仰通道及偏航通道的绝对角速度，F(t)为执行机构失效故障矩阵；

由于F(t)为对角矩阵，可得：

F(t)u(t)＝U(t)H(t)

其中，U(t)＝diag{u₁(t) u₂(t) ... u_n(t)}表示控制输入转换矩阵，H(t)＝[δ₁ δ₂ δ₃]^T表示执行机构失效故障转换矩阵；

将上述模型Σ₁简写为模型Σ₂：

Σ₂:

3.根据权利要求1所述的一种执行机构受损下的航天器抗干扰姿控方法，其特征在于：所述第二步中设计的干扰观测器Σ₃为：

Σ₃:

其中，状态为等价干扰d的估计值，z为干扰观测器的中间变量，为中间变量z的一阶导数，p(x)为待设计的变量，l(x)为干扰观测器的增益，系数矩阵非线性矩阵为非线性矩阵关于时间t的导数，U(t)＝diag{u₁(t) u₂(t) ... u_n(t)}表示控制输入转换矩阵，u_n(t)为第n个控制输入，n＝1,2,3，H(t)＝[δ₁ δ₂δ₃]^T表示执行机构失效故障转换矩阵。

4.根据权利要求1所述的一种执行机构受损下的航天器抗干扰姿控方法，其特征在于：所述第四步中根据等价干扰估计值和执行机构故障重构信息设计的复合控制器为：

其中，K为控制器增益，为系统状态x的估计值，为等价d的估计值，为执行机构失效故障矩阵F(t)的重构信号，u_max表示执行机构的最大输出值。