文档介绍：硕士学位论文
基于滑模观测器的航天器
故障诊断与容错控制
FAULT DIAGNOSIS AND FAULT-TOLERANT
CONTROL FOR SPACECRAFT BASE ON SLIDING
MODE OBSERVER
王鑫
哈尔滨工业大学
2012 年 7 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开
工学硕士学位论文
基于滑模观测器的航天器
故障诊断与容错控制
硕士研究生: 王鑫
导师: 胡庆雷副教授
申请学位: 工学硕士
学科: 控制科学与工程
所在单位: 控制科学与工程系
答辩日期: 2012 年 7 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
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Dissertation for the Master Degree in Engineering
FAULT DIAGNOSIS AND FAULT-TOLERANT
CONTROL FOR SPACECRAFT BASE ON SLIDING
MODE OBSERVER
Candidate: Wang Xin
Supervisor: Associate Prof. Hu Qinglei
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Control Science and Engineering
Affiliation: Dept. of Control Science and
Engineering
Date of Defence: July, 2012
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
随着航天事业不断发展,航天器系统日益规模化、复杂化,对于航天器发
生故障后诊断技术和应对手段的研究要更加深入和透彻。
本文主要研究基于滑模观测器(SMO)方法的航天器姿态控制系统的故障诊
断,并以对故障的估计和重构对航天器姿态进行容错控制。
首先介绍了课题的来源、故障诊断技术的基本理论和容错控制方法。比较
系统地分析了故障诊断技术的发展现状和容错控制的应用手段。介绍基于滑模
观测器方法的航天器姿态控制系统的故障诊断,并总结其特点。
介绍了航天器姿态控制基础理论,对于坐标系、航天器的姿态描述进行了
描述,阐述了航天器的姿态运动学和动力学方程,特别重点描述本文需要用到
的欧拉角和四元数运动学方程,以这些为基础展开对航天器姿态控制模型的研
究。
对于航天器的系统模型,首先提出了一种以重力梯度为动态平衡的经典线
性模型,并提出了该模型基于滑模观测器的故障重构方法。
由于航天器线性模型存在的约束较大,同时加性故障的物理意义不明显,
本文针对某种具有普遍意义的航天器姿态控制非线性系统进行研究,并对该系
统的故障类型转化为乘性故障,透彻分析了基于滑模观测器的非线性系统的故
障诊断方法。与其他观测器进行对比结果显示该方法的优良性,并且针对一类
陀螺敏感器故障进行了故障诊断算法研究与仿真。
最后在上述理论研究基础上,提出了针对某型航天器基于滑模观测器重构
系统故障的非线性容错控制方法,理论证明了该控制方法具有很强的鲁棒性,
兼具设计简单的优点,仿真验证了该方法对于系统故障较好的容错能力。
关键词:航天器姿态控制;滑模观测器;故障诊断;容错控制;陀螺
I
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
With the development of the aerospace technology, spacecraft systems are
increasingly large-scale plex. The study of diagnostic techniques and
coping strategies for spacecraft failure are required to be studied deeply.
This thesis mainly focuses on fault d