[发明专利]一种可恢复状态域的受限系统可重构性包络确定方法

说明书

一种可恢复状态域的受限系统可重构性包络确定方法，属于空间技术领域。本发明通过理论分析与仿真验证，能够在时间与能量的约束条件下，给出航天器系统的最大可重构性包络，对受限系统实现可重构性的量化分析，并可用于优化航天器系统配置和容错控制算法，实现航天器系统健康状态的在轨监测与故障的自主处理，提升航天器系统的自主重构能力。本发明专利与现有方法相比，利用精细积分算法进行航天器系统可重构性包络的求解，具有精度高、计算量小、易于实现等优势，在实际应用中具有足够的灵活性与适用性。

技术领域

本发明涉及一种可恢复状态域的受限系统可重构性包络确定方法，属于空间技术领域。

背景技术

航天器在有限资源下所具备的最大重构潜力是工程技术人员十分关心的一个问题。在实际运行过程中，航天器受多重约束影响，其中最具有代表性的就是能量与时间约束。由于太阳能帆板发电能力和推进剂携带量严重受限，能耗约束是影响航天器系统可重构性的一项关键因素。此外，很多特定的任务需要在规定的时间内完成，系统故障后，为继续完成这类既定任务，必须在一定的时间窗口内进行系统重构，这个窗口越小，说明系统的时间冗余度越小，对应的重构难度也越大，因此系统又受到相应的时间约束。由此可见，要描述一个系统的实际重构能力，需要综合考虑资源配置和安全时间等实际约束问题。

目前最为常见的基于能控性格莱姆矩阵的可重构性包络确定方法，主要存在以下两点不足：1)仅以常数阈值的形式考虑了能量约束对系统可重构性的影响，尚未全面考虑时间等其他限制约束；2)可重构性包络的计算的过程中需要求解Lyapunov方程，存在奇点问题，而且计算量大，难以在轨实现。鉴于此，基于可恢复状态域对航天器这类典型的受限系统，研究可重构性包络的确定问题，具有重要的实际工程意义。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种可恢复状态域的受限系统可重构性包络确定方法，能够在综合考虑时间与能量的约束下给出航天器这类典型受限系统的最大可重构性包络，同时利用精细积分算法进行航天器系统可重构性包络的求解，具有精度高、计算量小、易于实现等优势。本发明专利所确定的航天器系统可重构性包络，可直接用于优化航天器系统配置和容错控制算法，实现航天器系统健康状态的在轨监测与故障的自主处理，提升航天器系统的自主重构能力，并可推广应用到其他复杂的工业控制、飞行控制、电力装备等大型工业系统。

本发明的技术解决方案是：一种可恢复状态域的受限系统可重构性包络确定方法，包括如下步骤：

S1，建立航天器执行机构失效故障情况下能量及时间受限的航天器系统状态空间模型；

S2，基于状态空间模型、任务需求与安全要求，设定航天器可恢复的最小状态包络；

S3，基于状态空间模型、任务需求与安全要求，通过求解微分Lyapunov方程，确定给定能量E^*与时间约束t_mis下系统的可重构性包络；

S4，通过对比S3得到的系统可重构性包络和S2设定的最小状态包络，判定系统是否可重构；若系统不可重构，则结束；若系统可重构，则进入S5；

S5，基于S3得到的系统可重构性包络中的增益系数矩阵，计算航天器系统的可重构度，根据获取的可重构度优化航天器系统配置和容错控制算法，实现航天器系统健康状态的在轨监测与故障的自主处理。

进一步地，所述状态空间模型为