[发明专利]一种执行机构故障诊断与容错控制的一体化方法和系统

权利要求书

1.一种执行机构故障诊断与容错控制的一体化方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)利用区域极点配置原理，将综合控制律的重构问题转换成双线性不等式组的约束优化问题；

步骤(1)的具体步骤如下：

步骤1.1：建立执行机构发生故障时航天器控制系统的数学模型，采用如下离散时变形式的状态空间模型进行描述：

其中，Γ(n)为描述执行机构具体故障模式的有效因子，x(n)、u(n)和y(n)分别为系统的状态变量、输入变量和输出变量，w(n)和v(n)分别为系统的过程噪声变量和测量噪声变量，A(n)、B(n)和C(n)分别为系统的动力学模型矩阵、执行机构安装矩阵以及敏感器安装矩阵，n表示系统的第n个时刻；

步骤1.2：根据步骤1.1中建立的数学模型，通过设计综合控制律使得对称正定矩阵X₁(n)、X₂(n)和X₃(n)满足以下双线性不等式组：

[A(n)+B(n)Γ(n)K(n)C(n)]X₁(n)+X₁(n)[A(n)+B(n)Γ(n)K(n)C(n)]^T+2αX₁(n)0

其中：

X₁(n)、X₂(n)和X₃(n)为待求解的对称正定矩阵，K(n)为待设定的控制器增益参数，α和θ为稳定区域的夹角，r为稳定区域的半径；

(2)根据步骤(1)中得到的双线性不等式组，采用摄动线性化方法对双线性不等式组进行求解，得到综合控制律

(3)利用步骤(2)得到的综合控制律采用卡尔曼滤波算法在线估计有效因子Γ(n)，同步得到故障后所需的容错控制律

(4)利用步骤(3)获得的容错控制律对航天器控制系统进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种执行机构故障诊断与容错控制的一体化方法，其特征在于，步骤(2)的具体方法为：

步骤2.1：令j＝1，任取初始反馈增益

步骤2.2：令求解如下关于t、X_i(n)的线性矩阵不等式约束下的极小值问题：

其中，ε₁为预设的第一阈值，I表示单位矩阵，i＝1,2,3；t为待优化的松弛量；j为迭代优化的步长；

求得的极小值定义为t_j＝min t；若t_j0且A_j(n)的极点均位于稳定区域内，则为所需的值，进入步骤(3)；若t_j0且A_j(n)的极点没有全部位于稳定区域内，则返回步骤2.1，调整初始反馈增益；若t_j≥0，则进入步骤2.3；

步骤2.3：令求解如下关于摄动量δX₁(n)、δX₂(n)、δX₃(n)和的线性化极小值问题：

式中：

χ₃(n)＝(ψ₁₂(n))^T,

求得t_j-1，若|t_j-1-t_j|ε₂且jN，则令j＝j+1，返回步骤2.2；否则返回步骤2.1；其中，N为最大迭代次数，ε₂为预设的第二阈值。