【摘要】：空間激光數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)被公認(rèn)為將在未來10~20年內(nèi)成為星間及星地間建立高速寬帶鏈路的主要方式。為了能夠在極窄波束、通信距離較遠(yuǎn)的情況下建立穩(wěn)定持續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸鏈路,空間激光數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)廣泛采用捕獲、跟蹤和瞄準(zhǔn)技術(shù)(ATP,Acqusition,Tracking and Pointing),星載ATP系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作是星間或星地之間建立高質(zhì)量通信鏈路的前提條件。因此,在空間環(huán)境影響下,研究如何確保星載ATP終端能夠在其較長(zhǎng)的任務(wù)周期內(nèi)穩(wěn)定可靠并保持較高精度的工作具有非常重要的工程意義。本文針對(duì)星載ATP系統(tǒng)控制系統(tǒng),分別從星載ATP粗、精跟蹤單元容錯(cuò)控制方案和控制器抗空間輻射環(huán)境設(shè)計(jì)兩方面展開研究,以期達(dá)到粗、精跟蹤單元能夠在空間環(huán)境下穩(wěn)定可靠工作的目的。主要研究?jī)?nèi)容如下:為判斷粗、精跟蹤單元中執(zhí)行器或傳感器是否故障,深入研究了基于狀態(tài)估計(jì)的故障檢測(cè)與診斷方法。針對(duì)確定線性系統(tǒng),設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一類故障檢測(cè)濾波器以完成故障的檢測(cè)。針對(duì)含有噪聲的隨機(jī)系統(tǒng),設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一類Kalman濾波器組來完成故障的診斷和隔離,該濾波器組使用殘差的加權(quán)平方和作為殘差評(píng)價(jià)函數(shù),使用多個(gè)濾波器完成故障的隔離。為驗(yàn)證兩類濾波器的有效性建立了精跟蹤半實(shí)物仿真平臺(tái),相比傳統(tǒng)硬件冗余的方法,所設(shè)計(jì)方案無(wú)需額外的硬件資源即可實(shí)現(xiàn)故障的診斷,降低了硬件成本和功耗的消耗。為能夠獲得更多元的故障信息,從而為容錯(cuò)策略的制定和執(zhí)行提供更真實(shí)、直接的依據(jù),研究了基于滑模觀測(cè)器的故障重構(gòu)技術(shù)。針對(duì)常規(guī)滑模觀測(cè)器存在的抖振及必須知道故障上邊界等問題,提出了一類自適應(yīng)PI滑模觀測(cè)器,使用自適應(yīng)PI函數(shù)代替滑模觀測(cè)器中切換項(xiàng),無(wú)需任何故障信號(hào)的先驗(yàn)信息即可忠實(shí)的重構(gòu)出故障信號(hào)。通過結(jié)合基于自適應(yīng)PI滑模觀測(cè)器的故障重構(gòu)技術(shù)和硬件冗余思想,針對(duì)星載ATP精跟蹤單元,提出并設(shè)計(jì)了一種基于雙模冷備份和故障重構(gòu)的復(fù)合容錯(cuò)方案。方案使用雙模冷備份替代工程中常用的三模冗余(TMR),使用自適應(yīng)滑模觀測(cè)器完成故障的檢測(cè)與隔離,在冷備份傳感器啟動(dòng)過程中,使用重構(gòu)信號(hào)修正故障測(cè)量值維持閉環(huán)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。相比傳統(tǒng)的三模冗余方案,在可靠性顯著提升的情況下,該方案使用更少的傳感器冗余和功耗消耗。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,在傳感器故障的情況下,采用該方案的精跟蹤單元能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)容錯(cuò)控制,控制器結(jié)構(gòu)和參數(shù)均不需要進(jìn)行更改,具有高度自制性。針對(duì)空間輻射環(huán)境對(duì)星載ATP中控制器等電子設(shè)備的影響,系統(tǒng)的研究了空間輻射效應(yīng)中總劑量效應(yīng)和單粒子效應(yīng)的機(jī)理。以控制器等設(shè)備中廣泛應(yīng)用且對(duì)輻射效應(yīng)最敏感的SRAM型FPGA為研究對(duì)象,從應(yīng)用層的角度展開容錯(cuò)策略的研究。提出并設(shè)計(jì)了基于動(dòng)態(tài)部分重構(gòu)技術(shù)的TMR容錯(cuò)方案,該方案使用動(dòng)態(tài)部分重構(gòu)技術(shù)消除了常規(guī)TMR方案中單粒子翻轉(zhuǎn)的累積現(xiàn)象,并設(shè)計(jì)了同步控制電路以解決故障區(qū)域重構(gòu)后與其他區(qū)域的同步問題。為驗(yàn)證SRAM型FPGA抗空間輻射環(huán)境設(shè)計(jì)的有效性,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一套基于故障注入技術(shù)的容錯(cuò)性能評(píng)估系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要模擬單粒子效應(yīng)引起的配置位翻轉(zhuǎn)故障,通過向動(dòng)態(tài)區(qū)域反復(fù)加載含有錯(cuò)誤配置位的配置文件來實(shí)現(xiàn)故障的注入,將待測(cè)試設(shè)計(jì)的輸出與參考設(shè)計(jì)的輸出進(jìn)行比較,統(tǒng)計(jì)待測(cè)試設(shè)計(jì)功能失效的概率。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試,該評(píng)估系統(tǒng)能夠從功能上對(duì)抗輻射加固方案的性能進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估。本文提出的故障診斷和容錯(cuò)控制策略通過了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,所提出的基于動(dòng)態(tài)部分重構(gòu)技術(shù)的TMR容錯(cuò)技術(shù)和基于故障注入的SEU容錯(cuò)性能評(píng)估系統(tǒng)已在工程中得到應(yīng)用。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN929.1

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李辰;李穎暉;王磊;;基于滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)矢量控制[J];微計(jì)算機(jī)信息;2008年31期

2 何志明;廖勇;李輝;;一種新的無(wú)傳感器滑模觀測(cè)器仿真研究[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào);2009年04期

3 孫宜標(biāo),郭慶鼎;基于滑模觀測(cè)器的直線伺服系統(tǒng)反饋線性化速度跟蹤控制[J];控制理論與應(yīng)用;2004年03期

4 黃飛;皮佑國(guó);;基于滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制的研究[J];計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化;2009年02期

5 劉超;;基于改進(jìn)型滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)控制[J];信息技術(shù);2012年11期

6 王嵩;肖建;;基于滑模觀測(cè)器的硬件在環(huán)電機(jī)狀態(tài)實(shí)時(shí)估計(jì)[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào);2014年01期

7 劉云峰;劉華峰;;非線性不確定系統(tǒng)的滑模觀測(cè)器設(shè)計(jì)[J];上海航天;2009年01期

8 鄭雪梅;李秋明;史宏宇;馮勇;;用于永磁同步電機(jī)的一種非奇異高階終端滑模觀測(cè)器[J];控制理論與應(yīng)用;2011年10期

9 于亦凡,�；�;利用滑模觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)基于模型的錯(cuò)誤診斷[J];青島大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2002年02期

10 劉勝;王嘉男;;基于滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)無(wú)傳感器技術(shù)研究[J];自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用;2009年10期

相關(guān)會(huì)議論文 前5條

1 張嫻;程月華;姜斌;;基于滑模觀測(cè)器和變結(jié)構(gòu)控制的小衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[A];第二十七屆中國(guó)控制會(huì)議論文集[C];2008年

2 朱敬舉;夏群力;;導(dǎo)彈駕駛儀滑模觀測(cè)器研究[A];'2008系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

3 申忠宇;趙瑾;;不匹配不確定動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的魯棒滑模觀測(cè)器設(shè)計(jì)[A];2011年中國(guó)智能自動(dòng)化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第一分冊(cè)）[C];2011年

4 馬晴;喬楓;趙浩銘;;基于觀測(cè)器的故障診斷方法及其應(yīng)用研究[A];第十屆沈陽(yáng)科學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（信息科學(xué)與工程技術(shù)分冊(cè)）[C];2013年

5 王剛;劉軍;;SVPWM在PMSM無(wú)傳感器矢量控制中的應(yīng)用[A];第十九屆測(cè)控、計(jì)量、儀器儀表學(xué)術(shù)年會(huì)(MCMI'2009)論文集[C];2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 任俊杰;基于滑模觀測(cè)器的船舶永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制研究[D];大連海事大學(xué);2015年

2 王紅舉;星載ATP控制系統(tǒng)容錯(cuò)設(shè)計(jì)及單粒子效應(yīng)加固技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所);2016年

3 于金泳;基于滑模觀測(cè)器的故障重構(gòu)方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 褚丹丹;基于滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)無(wú)傳感器矢量控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 莫遠(yuǎn)秋;基于滑模觀測(cè)器的高速永磁同步電機(jī)無(wú)傳感器技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

3 張亞培;基于滑膜觀測(cè)器的船舶永磁推進(jìn)電機(jī)矢量控制研究[D];大連海事大學(xué);2015年

4 王平羽;基于滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)矢量控制研究[D];大連理工大學(xué);2015年

5 孫耀程;基于滑模觀測(cè)器的PMSM無(wú)位置傳感器驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究[D];南京航空航天大學(xué);2014年

6 張旭;基于無(wú)傳感器的PMSM觀測(cè)器矢量控制策略研究[D];東北石油大學(xué);2015年

7 虞志源;大功率高精度永磁交流伺服系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江理工大學(xué);2016年

8 鞠旋;自適應(yīng)滑模觀測(cè)器的研究與應(yīng)用[D];江南大學(xué);2011年

9 鄧超;基于改進(jìn)型滑模觀測(cè)器的直驅(qū)永磁風(fēng)電運(yùn)行控制研究[D];湖南大學(xué);2013年

10 陳彥坤;永磁同步電機(jī)新型滑模觀測(cè)器無(wú)位置傳感器控制[D];天津大學(xué);2012年

，

本文編號(hào)：2433017