第23卷 第1期
2019年1月
电 机 与 控 制 学 报Elｅｃtri ｃ Mａｃhiｎｅｓ ａｎｄ Ｃｏｎtrｏl Vｏl .23Nｏ.1Jａｎ.2019
考虑输入饱和的挠性航天器姿态容错控制与振动抑制
陶佳伟1，2， 张涛1
（1.清华大学自动化系，北京100084；2.北京控制工程研究所空间智能控制技术重点实验室，北京100094）
摘 要：针对挠性航天器姿态机动过程中存在模型参数不确定性、外部干扰、执行机构故障、输入饱和及挠性附件振动且挠性模态不易直接测量的问题，从被动容错控制角度出发，提出了一种抗饱和容错控制与振动抑制策略。首先，构造挠性模态观测器对挠性模态变量及其变化率进行观测。然后，将系统不确定、外部扰动、执行器故障和控制器输出超出执行机构饱和部分作为复合干扰，采用二阶非线性干扰观测器对其进行估计并进行有效的补偿。该方案能够实现执行机构饱和约束和失效故障条件下的姿态容错控制，并能抑制挠性结构的振动。利用李雅普诺夫方法严格证明了闭环系统的稳定性，最后通过数值仿真验证了该控制方法的有效性。
关键词：挠性航天器；模态观测器；干扰观测器；输入饱和；被动容错控制DOI ：10.15938／ｊ.ｅｍｃ.2019.01.015
中图分类号：V 448.2文献标志码：A 文章编号：1007-449X （2019）01-0125-08
收稿日期：2017-12-14
基金项目：国家自然科学基金（６1６73239）
作者简介：陶佳伟（1989—），男，博士研究生，研究方向为航天器姿态与轨道控制；
张 涛（19６9—），男，博士，教授，博士生导师，研究方向为非线性控制理论与应用、机器人智能控制等。通信作者：张 涛Fault -tolerant attitude control and vibration suppression for flexible spacecraft with input saturation
TAＯJiａ-wｅi 1，2， ZＨANＧTａｏ1
（1.Ｄｅpａrtｍｅｎt ｏf Aｕtｏｍａtiｏｎ，TｓiｎｇhｕａＵｎiｖｅrｓitｙ，Ｂｅiｊiｎｇ100084，Ｃhiｎａ；
2.ＳｃiｅｎｃｅａｎｄTｅｃhｎｏlｏｇｙｏｎＳpａｃｅIｎtｅlliｇｅｎt Ｃｏｎtrｏl ａｎｄLａｂｏrａtｏrｙ，Ｂｅiｊiｎｇ100094，Ｃhiｎａ）Abstract ：A rｏｂｕｓt fａｕlt -tｏlｅrａｎt ｃｏｎtrｏl ｓｃhｅｍｅwａｓprｏpｏｓｅｄfｏr ａttitｕｄｅｍａｎｅｕｖｅr ａｎｄｖiｂrａtiｏｎｓｕp -prｅｓｓiｏｎｏf flｅxiｂlｅｓpａｃｅｃrａft ，iｎwhiｃh thｅpａrａｍｅtriｃｕｎｃｅrtａiｎtｙ，ｅxtｅrｎａl ｄiｓtｕrｂａｎｃｅｓ，ａｃtｕａtｏr fａｕltｓ，iｎpｕt ｓａtｕrａtiｏｎａｎｄｕｎｍｅａｓｕrｅｄｅlａｓtiｃｖiｂrａtiｏｎwｅrｅtａｋｅｎiｎtｏａｃｃｏｕｎt ｓiｍｕltａｎｅｏｕｓlｙ.Thiｓｃｏｎtrｏllｅr ｄｏｅｓｎｏt ｎｅｅｄthｅｋｎｏwlｅｄｇｅｏf ｍｏｄａl ｖａriａｂlｅｓ.Thｅａｂｓｅｎｃｅｏf ｍｅａｓｕrｅｍｅｎtｓｏf thｅｓｅｖａriａ-ｂlｅｓwａｓｃｏｍpｅｎｓａtｅｄｂｙａpprｏpriａtｅｄｙｎａｍiｃｓｏf thｅｃｏｎtrｏllｅr whiｃh ｓｕppliｅｓthｅir ｅｓtiｍａtｅｓ.Iｎａｄｄi -tiｏｎ，ａｓｅｃｏｎｄｏrｄｅr ｎｏｎliｎｅａr ｄiｓtｕrｂａｎｃｅｏｂｓｅrｖｅr wａｓｅｍplｏｙｅｄtｏｅｓtiｍａtｅthｅｕｎｋｎｏwｎｃｏｍpｏｕｎｄｅｄｄiｓtｕrｂａｎｃｅｓiｎｃlｕｄiｎｇｓｙｓtｅｍｕｎｃｅrtａiｎtiｅｓ，ｅxtｅrｎａl ｄiｓtｕrｂａｎｃｅｓ，ａｃtｕａtｏr fａｕltｓａｎｄthｅｄiffｅrｅｎｃｅｂｅ-twｅｅｎthｅiｄｅａl ａｎｄａｃtｕａl ｃｏｎtrｏl iｎpｕt .Thｅｎ，ｂａｓｅｄｏｎｄiｓtｕrｂａｎｃｅｏｂｓｅrｖｅr ，ａrｏｂｕｓt fａｕlt -tｏlｅrａｎt ｃｏｎtrｏllｅr wａｓｄｅｖｅlｏpｅｄtｏｃｏｍpｅｎｓａtｅfｏr thｅｓａtｕrａtiｏｎｃｏｎｓtrａiｎtｓｏｎａｃtｕａtｏrｓａｓwｅll ａｓthｅpａrtiａl lｏｓｓｏf ａｃtｕａtｏr ｅffｅｃtiｖｅｎｅｓｓａｎｄthｅａｄｄitiｖｅfａｕltｓ.Thｅｓtａｂilitｙｏf ｃlｏｓｅｄ-lｏｏp ｃｏｎtrｏl ｓｙｓtｅｍiｓｅｎｓｕrｅｄwithiｎthｅfrａｍｅwｏrｋｏf Lｙａpｕｎｏｖthｅｏrｙ.Ｆiｎａllｙ，rｅｓｕltｓfrｏｍａｓiｍｕlａtiｏｎｓtｕｄｙillｕｓtrａtｅthｅｅffｅｃtiｖｅ-ｎｅｓｓｏf thｅprｏpｏｓｅｄｃｏｎtrｏl ｓｃhｅｍｅ.Keywords ：flｅxiｂlｅｓpａｃｅｃrａft ；ｍｏｄａl ｏｂｓｅrｖｅr ；ｄiｓtｕrｂａｎｃｅｏｂｓｅrｖｅr ；iｎpｕt ｃｏｎｓtrａiｎt ；fａｕlt -tｏlｅrａｎt 万方数据