本文選題：姿態(tài)控制系統(tǒng) + 故障診斷��； 參考：《南京航空航天大學(xué)》2012年博士論文

【摘要】：隨著空間飛行器和垃圾廢物的不斷增多，衛(wèi)星遭受撞擊的概率越來越大，規(guī)避衛(wèi)星問題已成為當(dāng)前航天領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。衛(wèi)星在軌運(yùn)行環(huán)境惡劣，，遭遇高低溫交變和強(qiáng)輻射易引發(fā)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障，規(guī)避衛(wèi)星的故障檢測(cè)和容錯(cuò)控制技術(shù)研究具有重要意義。 針對(duì)規(guī)避衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)非線性，強(qiáng)耦合的特點(diǎn)，提出了基于自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障診斷方法。自組織模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（SOFNN）可以根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)在線更新權(quán)值和調(diào)整節(jié)點(diǎn)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為解決故障診斷問題提供了一種新思路。本文針對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)中的主要故障源執(zhí)行機(jī)構(gòu)，開展了基于兩個(gè)自組織模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法研究，即采用網(wǎng)絡(luò)SOFNN1用于健康系統(tǒng)的離線訓(xùn)練，以估計(jì)出系統(tǒng)的不確定項(xiàng)和擾動(dòng)項(xiàng)，以網(wǎng)絡(luò)輸出結(jié)果為故障檢測(cè)的閾值參考，在網(wǎng)絡(luò)SOFNN1的基礎(chǔ)上利用網(wǎng)絡(luò)SOFNN2估計(jì)執(zhí)行器故障。仿真結(jié)果表明，自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可正確檢測(cè)并能估計(jì)出執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障，為開展系統(tǒng)容錯(cuò)控制研究奠定了基礎(chǔ)。 針對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)運(yùn)行中遇到的大干擾和不確定情況，兼顧系統(tǒng)本身的非線性行為，又由于滑模觀測(cè)器是解決非線性系統(tǒng)及干擾系統(tǒng)的故障診斷的有效途徑，故此提出了基于滑模觀測(cè)器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障診斷方法。利用T-S模糊方法建立衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的T-S模糊模型，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了滑模觀測(cè)器。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，依然維持滑模運(yùn)動(dòng)，利用與變結(jié)構(gòu)控制里等效控制概念類似的“等效輸出注入”實(shí)現(xiàn)對(duì)故障項(xiàng)的估計(jì)。仿真試驗(yàn)表明，本文設(shè)計(jì)的滑模觀測(cè)器在系統(tǒng)存在干擾和不確定的情況下，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)故障。該方法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，工程實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)。 另外，本文研究了基于非線性未知輸入觀測(cè)器（RO-NUIO）的故障診斷方法，以解決由于衛(wèi)星規(guī)避過程中模型不確定及大干擾力矩等引起的故障誤判問題。其中，針對(duì)NUIO方法苛刻的設(shè)計(jì)條件，采用了坐標(biāo)變換，將系統(tǒng)進(jìn)行降階設(shè)計(jì)，再采用線性矩陣不等式的方法求解參數(shù)，從而改進(jìn)設(shè)計(jì)，弱化了條件要求，提出了非線性未知輸入觀測(cè)器故障診斷方法。仿真試驗(yàn)結(jié)果表明，本文所提出的RO-NUIO故障檢測(cè)和隔離方法法不僅可以實(shí)現(xiàn)規(guī)避衛(wèi)星執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障檢測(cè)，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)故障隔離，且設(shè)計(jì)方便。 在規(guī)避衛(wèi)星實(shí)施軌道控制期間，軌道機(jī)動(dòng)推力會(huì)影響衛(wèi)星的姿態(tài)和撓性模態(tài)，本文針對(duì)撓性規(guī)避衛(wèi)星執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在的推力干擾故障問題，研究了基于反步自適應(yīng)變結(jié)構(gòu)方法的容錯(cuò)控制技術(shù)。設(shè)計(jì)了基于反步自適應(yīng)變結(jié)構(gòu)的被動(dòng)容錯(cuò)控制器可達(dá)到姿態(tài)穩(wěn)定目的，采用分布式智能部件作為執(zhí)行器和設(shè)計(jì)補(bǔ)償項(xiàng)以更好的抑制撓性結(jié)構(gòu)的振動(dòng)和常值變形。試驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的反步自適應(yīng)變結(jié)構(gòu)容錯(cuò)控制律在沒有故障診斷信息基礎(chǔ)上，也可以保證姿態(tài)穩(wěn)定，且應(yīng)變反應(yīng)速率反饋補(bǔ)償器能很好的抑制撓性結(jié)構(gòu)的變形和振動(dòng)。 在實(shí)際應(yīng)用中，由于規(guī)避衛(wèi)星的執(zhí)行機(jī)構(gòu)在物理結(jié)構(gòu)和輸出能量的限制，使得執(zhí)行機(jī)構(gòu)不可能提供無限大的力矩，即存在受限問題。本文針對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的物理限問題，設(shè)計(jì)了基于輸入受限的變結(jié)構(gòu)容錯(cuò)控制器。試驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的容錯(cuò)控制器不僅滿足輸入受限條件，同時(shí)保證了系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障情況下控制器的有效性。 在考慮輸入受限方法和容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，針對(duì)規(guī)避衛(wèi)星執(zhí)行機(jī)構(gòu)具備配置冗余條件，研究了基于控制分配思想的執(zhí)行機(jī)構(gòu)在線重構(gòu)技術(shù)。在控制機(jī)構(gòu)部分失效情況下，該容錯(cuò)控制器無須改變控制算法，僅需調(diào)整相應(yīng)的控制分配方案就能夠?qū)崿F(xiàn)控制輸出的在線調(diào)整，提高了系統(tǒng)魯棒性；在線重構(gòu)技術(shù)能夠直接處理執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障失效問題，降低了控制算法設(shè)計(jì)難度。仿真試驗(yàn)結(jié)果表明，執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障情況下，控制分配算法能將偽控制指令進(jìn)行在軌重分配，優(yōu)化星載資源配置，并具備容錯(cuò)能力，是一種提高姿態(tài)控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的有效方法。 在算法研究的基礎(chǔ)上，為了將理論方法與工程實(shí)踐相結(jié)合，研制了衛(wèi)星故障檢測(cè)與容錯(cuò)技術(shù)的半物理仿真平臺(tái)，并開展了衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的故障檢測(cè)與容錯(cuò)控制技術(shù)的半物理仿真試驗(yàn)，驗(yàn)證了所提出方法的有效性和合理性。針對(duì)規(guī)避衛(wèi)星，建立了全數(shù)字規(guī)避衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)容錯(cuò)控制技術(shù)仿真試驗(yàn)系統(tǒng)，開展了規(guī)避衛(wèi)星的仿真演示、故障診斷和容錯(cuò)控制技術(shù)的試驗(yàn)及算法驗(yàn)證研究工作。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TP302.8;V448.22

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 聞新,周露;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)的可實(shí)現(xiàn)性[J];導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù);2000年02期

2 李春來,歐陽自遠(yuǎn),都亨;空間碎片與空間環(huán)境[J];第四紀(jì)研究;2002年06期

3 劉瑩瑩,周軍;撓性多體航天器姿態(tài)動(dòng)力學(xué)建模與分析[J];飛行力學(xué);2005年03期

4 王松,崔平遠(yuǎn),張池平,楊滌;柔性航天器姿態(tài)的在線神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制[J];飛行力學(xué);1998年02期

5 胡慶雷;馬廣富;;改進(jìn)型自適應(yīng)變結(jié)構(gòu)的撓性衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)控制[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2008年01期

6 宋斌;馬廣富;李傳江;;Adaptive variable structure control based on backstepping for spacecraft with reaction wheels during attitude maneuver[J];Journal of Harbin Institute of Technology;2009年01期

7 周文忠;;地球同步衛(wèi)星遠(yuǎn)地點(diǎn)變軌期間的三軸姿態(tài)穩(wěn)定[J];航天控制;1993年02期

8 梁津津;王青;董朝陽;;一種針對(duì)衛(wèi)星執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障的容錯(cuò)控制系統(tǒng)[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年S1期

9 解永春;何英姿;吳宏鑫;;基于系統(tǒng)特征的自適應(yīng)被動(dòng)容錯(cuò)控制及其應(yīng)用[J];控制工程;1997年04期

10 劉瑩瑩;周軍;;撓性衛(wèi)星軌控期間動(dòng)力學(xué)與姿態(tài)控制[J];空間控制技術(shù)與應(yīng)用;2008年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前6條

1 王紅茹;動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的魯棒故障檢測(cè)與分離方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

2 欒家輝;故障重構(gòu)技術(shù)在衛(wèi)星姿控系統(tǒng)故障診斷中的應(yīng)用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

3 李娟;時(shí)滯系統(tǒng)基于觀測(cè)器的故障診斷和容錯(cuò)方法研究[D];中國海洋大學(xué);2008年

4 胡立坤;一類簇狀剛撓航天器模型與逆系統(tǒng)方法姿態(tài)控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

5 王友清;非線性連續(xù)過程和間歇過程的容錯(cuò)控制研究[D];清華大學(xué);2007年

6 陳雪芹;集成故障診斷與容錯(cuò)控制研究及在衛(wèi)星姿態(tài)控制中的應(yīng)用[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 王景煥;大系統(tǒng)分散魯棒容錯(cuò)控制研究[D];南京理工大學(xué);2005年

2 冒澤慧;基于自適應(yīng)觀測(cè)器的故障診斷與容錯(cuò)控制研究[D];南京航空航天大學(xué);2006年

3 管宇;衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的魯棒容錯(cuò)控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

4 王劍非;衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的故障診斷研究[D];南京航空航天大學(xué);2008年

5 劉京津;基于滑模觀測(cè)器的故障診斷技術(shù)及其在飛控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D];南京航空航天大學(xué);2008年

6 呂新麗;時(shí)滯系統(tǒng)的故障診斷與最優(yōu)容錯(cuò)控制方法研究[D];青島農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

本文編號(hào)：1761010