检索结果-内蒙古大学图书馆

西安交通大学学报 2022年第7期56卷 56-66页

作者：李由史梦芯西安电子科技大学空间科学与技术学院西安710126

针对卫星姿态控制问题中经典滑模控制器存在的收敛速率方面的缺陷,提出了一种变结构滑模控制方法。在保持经典滑模控制器结构简单、鲁棒性强的优势前提下,通过对滑模参数进行设计来提高系统的收敛速率,并大幅度减小控制系统的控制力矩... 详细信息

针对卫星姿态控制问题中经典滑模控制器存在的收敛速率方面的缺陷,提出了一种变结构滑模控制方法。在保持经典滑模控制器结构简单、鲁棒性强的优势前提下,通过对滑模参数进行设计来提高系统的收敛速率,并大幅度减小控制系统的控制力矩与姿态角速度。引入变结构动态滑模参数的概念,在系统尚未到达滑模面时维持经典滑模面结构,而在到达之后开始对滑模参数进行实时更新、放大;引入角速度与控制力矩约束,给出控制参数与系统性能指标之间的约束关系,防止系统状态超过其上界。通过Lyapunov稳定性理论及数值仿真对提出方法进行验证,实验结果表明:在合理设置实验参数条件下,所提的变结构滑模控制方法对比经典滑模控制方法收敛速率提高50%,系统的控制力矩和角速度全程不超过其上界。所提的变结构滑模控制方法不仅提高了系统的收敛速度,而且系统状态全程不超上界,这对系统控制和系统寿命有极大的益处。

关键词：卫星姿态控制变结构滑模控制力矩约束角速度约束

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基于深度强化学习的软件定义卫星姿态控制算法

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北京航空航天大学学报 2018年第12期44卷 2651-2659页

作者：许轲吴凤鸽赵军锁中国科学院软件研究所北京100190

深度强化学习(DRL)作为一种新型的基于机器学习的控制算法,在机器人和无人机等智能控制领域展现出了优异的性能,而卫星姿态控制领域仍然在广泛使用传统的PID控制算法。随着卫星的小型化、智能化以至软件定义卫星的出现,传统控制算法越... 详细信息

深度强化学习(DRL)作为一种新型的基于机器学习的控制算法,在机器人和无人机等智能控制领域展现出了优异的性能,而卫星姿态控制领域仍然在广泛使用传统的PID控制算法。随着卫星的小型化、智能化以至软件定义卫星的出现,传统控制算法越来越难以满足姿态控制系统对适应性、自主性、鲁棒性的需求。因此对基于深度强化学习的姿态控制算法进行了研究,该算法使用基于模型的算法,比非基于模型的算法拥有更快的收敛速度。与传统控制策略相比,该算法无需对卫星的物理参数和轨道参数等先验知识,具有较强的适应能力和自主控制能力,可以满足软件定义卫星适应不同硬件环境,进行快速研发和部署的需求。此外,该算法通过引入目标网络和并行化启发式搜索算法之后,在网络精度和计算速度方面进行了优化,并且通过仿真实验进行了验证。

关键词：强化学习深度学习智能控制卫星姿态控制软件定义卫星

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多输入-多输出非线性系统的特征模型及在挠性卫星姿态控制中的应用

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控制理论与应用 2011年第12期28卷 1763-1772页

作者：孙多青河北科技师范学院数学与系统科学研究所河北秦皇岛066004 中国空间技术研究院北京控制工程研究所北京100190

研究多输入–多输出(MIMO)高阶非仿射非线性系统的特征建模问题.首先证明了MIMO高阶非仿射非线性系统的特征模型可用二阶时变差分方程组描述,并给出了特征模型的建模误差.然后设计了基于特征模型的自适应模糊广义预测控制器,利用Lyapuno... 详细信息

研究多输入–多输出(MIMO)高阶非仿射非线性系统的特征建模问题.首先证明了MIMO高阶非仿射非线性系统的特征模型可用二阶时变差分方程组描述,并给出了特征模型的建模误差.然后设计了基于特征模型的自适应模糊广义预测控制器,利用Lyapunov方法分析了闭环系统的稳定性.由于控制结构中使用了分层模糊逻辑系统,从而极大减少了模糊规则和可调参数的个数,提高了控制的实时性.通过对挠性卫星姿态控制的仿真研究验证了所给控制方案的有效性,可实现高精度的姿态控制,且该方法具有较强的鲁棒性.

关键词：非仿射非线性系统特征模型分层模糊系统模糊控制预测控制卫星姿态控制

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卫星姿态控制系统Hopf分叉的频域分析

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哈尔滨工业大学学报 1998年第3期30卷 16-19页

作者：刘向东黄文虎方勃哈尔滨工业大学航天工程与力学系

采用频域Hopf定理研究了一典型卫星姿态控制系统发生Hopf分叉的条件,给出了控制器参数与Hopf分叉的关系。结果表明控制器参数在一定程度上影响着姿控系统的非线性动力学特性,控制系统综合必须全面考虑系统可能发生的分叉、混沌等复杂动... 详细信息

采用频域Hopf定理研究了一典型卫星姿态控制系统发生Hopf分叉的条件,给出了控制器参数与Hopf分叉的关系。结果表明控制器参数在一定程度上影响着姿控系统的非线性动力学特性,控制系统综合必须全面考虑系统可能发生的分叉、混沌等复杂动力学行为。

关键词：卫星姿态控制复杂动力学 Hopf分叉频域分析

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基于在线补偿算法的卫星姿态控制系统容错控制

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哈尔滨工程大学学报 2012年第12期33卷 1498-1503页

作者：管宇赵石磊张迎春贾庆贤哈尔滨工业大学卫星技术研究所哈尔滨理工大学软件学院

针对卫星姿态控制系统中传感器或执行机构发生故障的情况,提出一种基于在线核学习算法补偿的内模容错控制方法.该方法利用内模控制的性质以及在线学习算法的补偿能力,来实现卫星姿态控制系统的自适应容错控制.首先,提出了一种基于正交... 详细信息

针对卫星姿态控制系统中传感器或执行机构发生故障的情况,提出一种基于在线核学习算法补偿的内模容错控制方法.该方法利用内模控制的性质以及在线学习算法的补偿能力,来实现卫星姿态控制系统的自适应容错控制.首先,提出了一种基于正交匹配追踪思想的在线核学习算法,其正交性增强了算法的稀疏性,匹配追踪思想确保了估计误差的有界性.其次,利用提出的在线学习算法来补偿原系统的逆模型,作为故障后系统的逆模型使用,并与原系统组成伪线性系统.最后,将此系统应用于卫星姿态控制系统的内模控制中,仿真结果证明该算法快速可靠,能够满足故障状况下的性能要求.

关键词：正交匹配追踪核学习算法容错控制内模控制卫星姿态控制在线补偿算法

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基于LMI的鲁棒容错控制及其在卫星姿态控制中的应用

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控制理论与应用 2008年第1期25卷 95-99页

作者：陈雪芹耿云海张迎春王峰哈尔滨工业大学卫星技术研究所黑龙江哈尔滨150080

研究了一种线性不确定系统的鲁棒容错控制问题.针对执行机构和敏感器故障,运用线性矩阵不等式(LMI)方法,提出一种对执行机构和传感器失效具有完整性,且满足给定控制指标的输出反馈H∞鲁棒容错控制设计方法.将该方法应用于卫星姿态控制... 详细信息

研究了一种线性不确定系统的鲁棒容错控制问题.针对执行机构和敏感器故障,运用线性矩阵不等式(LMI)方法,提出一种对执行机构和传感器失效具有完整性,且满足给定控制指标的输出反馈H∞鲁棒容错控制设计方法.将该方法应用于卫星姿态控制系统的容错控制并进行了数学仿真,仿真结果验证了方法的有效性.

关键词： LMI H∞控制鲁棒容错控制卫星姿态控制

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基于IMM/EA的卫星姿态控制系统重构容错控制

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系统工程与电子技术 2007年第5期29卷 774-777页

作者：陈雪芹张迎春耿云海李化义哈尔滨工业大学卫星技术研究所黑龙江哈尔滨150001

研究了在轨卫星姿态控制系统发生可修复性故障状况下的系统重构容错控制。对于处于稳态的三轴稳定卫星,当姿态发生突变时,启动故障检测与诊断(FDD)子系统,采用交互式多模型(IMM)算法得到故障发生的位置以及故障模型,同时利用故障模型中... 详细信息

研究了在轨卫星姿态控制系统发生可修复性故障状况下的系统重构容错控制。对于处于稳态的三轴稳定卫星,当姿态发生突变时,启动故障检测与诊断(FDD)子系统,采用交互式多模型(IMM)算法得到故障发生的位置以及故障模型,同时利用故障模型中的动力学系统进行特征结构配置(EA),生成重构控制器对原系统进行补偿控制。将FDD过程与重构控制器的设计过程结合,避免了单独设计FDD子系统然后再进行系统重构带来的计算量和时间延迟。最后通过数值仿真验证了该算法的有效性。

关键词：故障检测与诊断补偿容错控制卫星姿态控制

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卫星姿态控制系统的自适应故障补偿与辨识

卫星姿态控制系统的自适应故障补偿与辨识

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作者：马亚杰南京航空航天大学

学位级别：博士

执行器故障,例如失控故障和驱动符号不确定,可能导致卫星姿态控制精度下降,甚至造成姿态失控并丢失整颗卫星。而执行器故障的故障模式、故障时间和故障值的不确定,会使系统出现较大的参数和结构不确定性,给姿态控制设计带来很大困难。... 详细信息

执行器故障,例如失控故障和驱动符号不确定,可能导致卫星姿态控制精度下降,甚至造成姿态失控并丢失整颗卫星。而执行器故障的故障模式、故障时间和故障值的不确定,会使系统出现较大的参数和结构不确定性,给姿态控制设计带来很大困难。为了增强卫星运行的安全性和可靠性,具有故障补偿和辨识能力的姿态控制系统受到了广泛关注,并已成为航天领域的研究热点之一。自适应方法因具有有效处理系统不确定性的能力而被广泛用于故障补偿和辨识系统设计。目前有关卫星姿态控制系统自适应故障补偿和辨识的研究仍然存在一些难点,如故障辨识时系统稳定性问题、以及失控故障和驱动符号不确定性的补偿问题等。本文深入研究了卫星姿态控制系统执行器故障的自适应补偿和辨识问题,利用自适应方法对由失控故障和驱动符号不确定性引起的系统不确定性进行估计和补偿,保证系统的稳定性和渐近跟踪性能。在此基础上,设计了具有自稳定特性的自适应失控故障精确辨识系统,在保证系统自稳定的同时精确辨识故障执行器。本文研究了不同动力学下的执行器故障补偿和辨识问题,建立了一套系统的卫星姿态控制系统自适应故障补偿和辨识理论框架,主要内容包括:(1)针对刚体卫星转动惯量已知和未知情况,分别设计失控故障的自适应补偿控制系统。首先,对由故障和转动惯量引起的系统不确定性进行参数化,特别是控制增益矩阵不确定性:当转动惯量已知时,构造正定控制增益矩阵,并选择合适的Lyapunov函数将其消除;当转动惯量未知时,构造所有顺序主子式符号已知的控制增益矩阵,并对其进行SDU分解,保证控制增益矩阵的估计矩阵为非奇异。而后,对参数化后系统存在的不确定性进行估计,并设计自适应控制器,实现对失控故障的补偿。(2)针对挠性卫星转动惯量未知情况,设计失控故障自适应补偿控制系统。首先,对动力学不确定性、挠性振动不确定性、故障不确定性以及控制增益矩阵不确定性进行参数化;然后,设计自适应控制器对失控故障进行补偿;最后,利用逼近函数处理由符号函数引起的控制信号振荡问题。(3)针对微小卫星转动惯量未知情况,设计具有自稳定特性的失控故障自适应辨识系统。首先,设计自适应故障补偿控制器,保证系统稳定性和渐近跟踪性能;其次,针对每种可能的故障模式设计自适应估计器,利用估计误差计算性能函数,并比较和辨识最小性能函数对应的故障模式;最后,基于线性无关条件设计特殊的参考信号。这样,自适应控制器在保证系统自稳定的同时控制卫星姿态按照设计的参考信号进行机动,使得与实际故障模式匹配的性能函数最小,达到精确辨识的目的。(4)针对刚体卫星转动惯量未知情况,设计驱动信号符号不确定性多模型自适应补偿控制系统。首先,针对每种可能的驱动符号模式设计自适应估计器;其次,针对每一个估计器设计自适应控制器,保证当系统工作在其中一个控制器的情况下其对应的估计器状态渐近跟踪参考信号;再次,利用估计器估计误差计算性能函数,并选择最小的性能函数对应的控制器产生控制信号;最后,利用系统跟踪误差、估计器估计误差、估计器跟踪误差三者之间的误差转换关系证明了系统的稳定性和渐近跟踪性能。将上述提出的卫星姿态控制系统执行器故障的自适应补偿和辨识方法应用到各种卫星模型上进行了仿真。结果表明本文所提自适应故障补偿方法可有效保证系统稳定和渐近跟踪性能,所提自适应故障辨识方法可在保证系统自稳定的同时精确辨识故障执行器。

关键词：驱动符号不确定性、执行器故障、自适应补偿故障辨识失控卫星姿态控制

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卫星姿态控制系统的故障诊断与容错方法研究

卫星姿态控制系统的故障诊断与容错方法研究

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作者：管宇哈尔滨工业大学

学位级别：博士

姿态控制系统是保障卫星在轨正常工作的核心部分，由于长期运行于恶劣的空间环境，尤其是敏感器、执行机构等部件长期不断地在执行各类控制操作，极易出现故障，进而会导致不可修复的严重后果，因此卫星姿态控制系统的故障诊断和容错控... 详细信息

姿态控制系统是保障卫星在轨正常工作的核心部分，由于长期运行于恶劣的空间环境，尤其是敏感器、执行机构等部件长期不断地在执行各类控制操作，极易出现故障，进而会导致不可修复的严重后果，因此卫星姿态控制系统的故障诊断和容错控制技术一直是航天领域研究热点和难点问题。同时，由于机构运动、燃料消耗及空间环境影响等将导致在轨卫星的系统模型参数发生未知变化，传统上基于精确模型的姿态容错控制技术具有一定的局限性。本论文在国家自然科学基金项目(课题编号：61104026)资助下，面向我国重大设施及装备的高可靠性及长寿命战略发展需求，从理论和应用两方面对具有不确定模型影响的卫星姿态容错控制问题进行了深入的研究，取得如下研究成果。考虑存在各种噪声、未知干扰和模型不确定性，引入鲁棒H∞控制理论，提出了一种面向线性不确定系统的完整性被动容错控制设计方法。该方法利用线性不确定系统模型，将执行机构/姿态敏感器失效情况下被动容错控制器设计转换为相应的线性矩阵不等式的可行性问题，并进一步给出了系统具有完整性的充分条件和鲁棒H∞容错控制器的设计方法。在对卫星姿态动力学模型线性化基础上，采用所提方法设计了执行机构/姿态敏感器故障状态下的卫星姿态鲁棒H∞容错控制器，数学仿真分析表明该控制器能够保证执行机构/姿态敏感器突变或缓变故障时卫星姿态控制系统的控制性能，具有对已知故障良好的容错能力。针对存在未知干扰输入的Lipschitz非线性系统，融合基于模型和数据驱动的控制技术，提出了一种基于迭代学习未知输入观测器(IL-UIO)的主动容错控制方法。首先，采用对模型不确定和干扰解耦的原理，设计了一种非线性未知输入观测器，增强了系统故障观测的鲁棒性；在此基础上，利用被控系统的I/O数据，采用迭代学习利用上一步的故障观测信息来估计当前故障信息，跟踪和检测系统由于故障引起的改变并进而实现对故障的在线重构。采用Lyapunov稳定性理论证明了IL-UIO的鲁棒稳定和速度误差的一致有界性。将所提方法应用于面向执行机构故障的卫星姿态容错控制器设计，数学仿真结果表明IL-UIO能够有效跟随过去的故障系统，确保一定系统性能的前提下实现对飞轮故障的容错，由于采用了基于模型的观测器与数据驱动方法相结合，二者相互渗透、优势互补，即可增强系统残差对未知干扰输入的鲁棒性，又提高了系统对数据的使用质量。由于卫星姿态敏感器故障会污染到下一时刻其它健康敏感器的测量信息，影响对真正故障源的准确判断，对此，考虑卫星动力学模型参数发生的未知变化，基于PCA和SIM识别技术，提出了一种基于子空间数据驱动的卫星姿态敏感器故障检测、隔离和辨识(FDI)方法。该方法首先采用等价空间法对测量数据进行预处理，构建残差信号；然后采用子空间法辨识出增广观测矩阵，进而实现敏感器故障鲁棒检测；并通过线性变换对等价空间进行降阶，减小算法在线计算量。最后，将上述方法应用于卫星姿控系统的敏感器故障问题，数学仿真结果表明，不依赖故障先验知识，仅利用输入输出观测数据，就能够在线完成未知系统模型情况下的敏感器故障检测、隔离与辨识，由于采用了故障降阶检测处理，有效减少了计算量，适宜于卫星在轨应用。状态监测和系统重构是卫星长期自主运行的保障，也是开发星上健康管理系统的关键技术之一，首先，给出了一种含有状态监测和系统重构环节的健康管理系统容错控制体系结构；针对存在未知干扰输入的非线性系统，采用基于数据驱动的模式识别方法，设计了一组基于支持向量机(SVM)的非线性故障估计器，利用正常操作条件下和各种故障状态下的历史数据实现了故障信息的近似检测和隔离估计；进而利用检测的系统信息和辨识出的系统参数，设计了学习观测器，通过学习算法提供用于控制器重构的信息，修改反馈控制律，实现了对故障的自适应故障补偿，并理论证明了故障估计误差有界。最后，以卫星对地观测过程中自主运行任务为例进行了仿真验证，结果表明在执行器发生未预知故障时仍可以实现系统状态监测和故障重构。

关键词：卫星姿态控制故障诊断容错控制模型不确定数据驱动迭代学习

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基于遗传算法PID整定的卫星姿态控制研究

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中国空间科学技术 2007年第4期27卷 66-71页

作者：李源吴宏悦吴杰中国空间技术研究院北京100094 中国舰船研究院北京100085 北京长城计量测试技术研究所北京100095

文章针对新一代资源卫星建立了带有有效载荷的卫星姿态动力学方程,并且使用遗传算法PID参数自整定的方法进行了卫星姿态控制,有效地消除了可转动载荷对卫星姿态的影响。仿真结果表明,使用遗传算法PID参数自整定方法,对卫星的姿态系统具... 详细信息

文章针对新一代资源卫星建立了带有有效载荷的卫星姿态动力学方程,并且使用遗传算法PID参数自整定的方法进行了卫星姿态控制,有效地消除了可转动载荷对卫星姿态的影响。仿真结果表明,使用遗传算法PID参数自整定方法,对卫星的姿态系统具有较好的控制性能,并且克服了传统PID调参困难的缺点。

关键词：遗传算法智能PID控制整定方法卫星姿态控制

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