卫星姿态时延反步容错控制

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1、第31卷第5期2010年5月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAV01．31NO．5May2010文章编号：1000—6893(2010)05—1066一08卫星姿态时延反步容错控制马广富，姜野，胡庆雷(哈尔滨工业大学控制科学与工程系，黑龙江哈尔滨150001)TimeDelayBacksteppingBasedFaultTolerantAttitudeControlofSatellitesMaGuangfu，JiangYe，HuQinglei(DepartmentofControlScience

2、andEngineering，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China)摘要：针对卫星在轨飞行过程中存在执行机构故障及带有常值干扰的控制问题，提出了一种将时延控制(TDC)与反步技术相结合的鲁棒容错控制方法。该方法在继承反步控制优点的同时，引入积分环节用于减小常值干扰引起的稳态误差；同时，利用TDC的逼近能力来补偿执行机构的故障，且对设计者而言，故障信息不需要进行在线的检测和分离，而仅需要一步状态迭代。基于Lyapunov方法从理论上证明了系统的稳定性。最后，将该方法应用于卫星的姿态调节

3、控制，仿真结果表明该控制器能有效地抑制外部干扰、参数不确定性和执行机构故障的约束，在完成姿态调节控制的同时，具有良好的过渡过程品质。关键词：卫星；容错控制；反步；时延控制；执行机构故障中图分类号：V448．2文献标识码：AAbstract：Inthisarticle，atime-delaycontrol(TDC)basedbacksteppingattitudecontrolsystemisdevelopedforathree-axisstabilizedsatellitewithredundantreactionwheelswhicht

4、akesactuatorfaultsintoaccount．Morespecifically，thisproposedcontrollercombinestheTDCandtherecursivebacksteppingtechnique，inwhichanintegralfeedbackoftheattitudeisexplicitlyincorporatedtOcompensateforpossibleconstanttorques．WiththeTDC，unknownactuatorfaultsareestimatedbyusing

5、one-steppreviousstateinformationandcanceledOUtbytheestimatedvalues，SOthatthefaultdetectionandisolationmechanismisnotinvolved．LyapunovanalysisisemployedtOshowthattheresultingclosed-loopsystemisstable，andthattheeffectofexternaldisturbancesandpossibleuncertaintiesontheoutput

6、canalsobeattenuatedbychoosingappropriatelythedesignparameters．Tostudytheeffectivenessofthecorrespondingcontrolscheme，traditionalmethodsarealsodevelopedandcomparedforthecontrolsystem．BothanalyticalandnumericalresultsarepresentedtOdemonstratethetheoreticalandpracticalmerits

7、ofthisapproach．Keywords：satellites；faulttolerantcontrol；backstepping；time-delaycontrol；actuatorfailure在轨卫星长时间工作在真空、失重、高低温和强辐射等环境下，且随着任务的多样化长期不断地执行在轨控制操作，使得执行机构不可避免地存在故障，并已成为卫星控制系统失效的主要原因，而系统的失效，轻者导致精度、性能的降低，重者造成卫星失效。因此，研究卫星在没有地面站支持的前提下控制系统能够实现自主容错的新机理、新方法，并最终实现卫星在轨长时间自主运行

8、具有重大的理论意义和应用价值。容错控制是系统在发生故障的情况下，能够收稿日期：2009-05-18；修订日期：2009—11-18基金项目：国家自然科学基金(60774062)；高等学校博士学