航天器执行机构姿态容错控制

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2航天器姿态容错控制研究现状 4

1.2.1姿态被动容错控制 4

1.2.2姿态主动容错控制 5

1.2.3姿态鲁棒容错控制 6

1.3航天器姿态跟踪控制研究现状 7

1.3.1存在不确定转动惯量的姿态控制 7

1.3.2外部干扰抑制控制 8

1.3.3鲁棒姿态跟踪控制工程技术 11

1.4执行机构存在不确定性的姿态控制研究现状 12

1.4.1执行机构安装偏差问题研究现状 12

1.4.2执行机构故障问题研究现状 15

1.5姿态跟踪有限时间/快速机动控制研究现状 20

1.5.1姿态大角度快速机动工程技术 20

1.5.2有限时间姿态跟踪控制方法 21

1.6控制分配技术研究现状 23

1.6.1静态控制分配 24

1.6.2动态控制分配 25

1.6.3可重构控制分配 25

1.6.4基于控制分配的航天器姿态容错控制 26

第2章 航天器姿态控制系统数学模型与预备知识 27

2.1引言 27

2.2预备知识及相关引理 28

2.3航天器姿态控制系统数学模型 29

2.3.1航天器姿态描述方法 29

2.3.2航天器姿态运动学方程 32

2.3.3航天器姿态动力学方程 33

2.4航天器姿态跟踪数学模型 33

2.4.1执行机构故障 34

2.4.2推力器故障与安装偏差的数学模型 39

2.5支持向量机相关知识 42

2.5.1支持向量机分类技术 42

2.5.2支持向量机回归理论 43

第3章 执行机构故障的过驱动航天器姿态稳定控制 45

3.1引言 45

3.2基于有限时间故障估计的姿态容错控制 46

3.2.1有限时间观测器设计 47

3.2.2姿态容错控制器设计 49

3.2.3基于时序最优控制分配方法设计 50

3.2.4仿真研究 53

3.3执行机构控制输入受限的姿态容错控制 58

3.3.1基于迭代学习的观测器设计 58

3.3.2控制器与控制分配算法设计 61

3.3.3仿真研究 64

第4章 执行机构故障与存在安装偏差的过驱动航天器姿态稳定控制 68

4.1引言 68

4.2基于LSSVM动态逆的自适应容错控制 70

4.2.1控制律设计 70

4.2.2动态控制分配算法设计 78

4.2.3仿真研究 80

4.3过驱动航天器姿态自适应变结构容错控制 85

4.3.1自适应变结构容错姿态控制 85

4.3.2改进型自适应变结构容错控制及其分配设计 87

4.3.3仿真研究 88

第5章 执行机构故障与存在安装偏差的过驱动航天器姿态跟踪控制 98

5.1引言 98

5.2航天器姿态跟踪有限时间容错控制 99

5.2.1航天器姿态跟踪动力学模型 100

5.2.2姿态容错控制律设计 100

5.2.3基于KKT的控制分配方法设计 105

5.2.4仿真研究 107

5.3基于滑模观测器的姿态跟踪容错控制 122

5.3.1滑模观测器设计 122

5.3.2控制器设计与分配策略 124

5.3.3仿真研究 126

第6章 执行机构故障的航天器姿态跟踪有限时间控制 131

6.1引言 131

6.2执行机构部分失效故障的姿态滑模控制 132

6.2.1姿态控制器设计 133

6.2.2控制器数值仿真 138

6.3执行机构输入饱和的姿态容错控制 145

6.3.1容错控制器设计 145

6.3.2数值仿真分析 151

第7章 执行机构不确定的航天器姿态跟踪补偿控制 155

7.1引言 155

7.2仅考虑执行机构安装偏差的姿态跟踪滑模控制 156

7.2.1反作用飞轮安装偏差 156

7.2.2自适应滑模控制器 159

7.2.3数值仿真分析 162

7.3存在安装偏差与故障的姿态跟踪补偿控制 163

7.3.1执行机构存在弱不确定性的航天器姿态跟踪动力学 164

7.3.2自适应滑模姿态补偿控制设计 165

7.3.3数值仿真分析 174

第8章 基于不确定项估计的航天器姿态跟踪有限时间控制 177

8.1引言 177

8.2反作用飞轮控制的航天器姿态跟踪数学模型 178

8.3不确定项估计器设计 180

8.4比例积分型姿态跟踪控制 183

8.4.1有限时间控制器设计 183

8.4.2数值仿真分析 185

8.5非奇异终端滑模姿态跟踪控制 186

8.5.1有限时间控制器设计 186

8.5.2数值仿真分析 188

参考文献 193