低轨无拖曳卫星执行器故障下的容错控制算法研究

摘要

上世纪60年代以来，航空航天技术的开展给基础科学研究带来了巨大的变化。太空的失重状态为一些基础物理实验的展开创造了独一无二的环境。由于绝对的自由落体运动在太空中也是不存在的，物体会受到各种干扰力（如：星际介质的阻力、太阳辐射压力和宇宙射线辐射压力等），无拖曳卫星通过推进器产生的推力来消除外界的干扰，从而为科学实验创造更接近绝对的自由落体状态。
　　由于无拖曳卫星在轨道上飞行时会受到许多不确定因素的作用，其中执行器是主要的输出推力机构，其不可避免地会发生故障。未知的执行器故障可能会严重影响无拖曳控制系统的性能，为了使系统安全稳定地运行于太空中，学者们提出了许多执行器失效补偿控制算法，比如滑模控制、模型预测控制、自适应控制和神经网络控制等。论文将讨论低轨无拖曳卫星控制系统存在未知执行器故障下的自适应容错控制问题。
　　因无拖曳卫星的结构复杂，且在太空中飞行时会受到不确定性扰动，故论文首先建立无拖曳卫星的非线性运动学模型，得到系统的状态空间表达式，并将系统划分为三个独立的子系统，然后针对每一个子系统进行控制器的设计。考虑执行器具有未知失效的情况下，利用反步控制思想和Lyapunov稳定性理论进行参数估计和控制律的设计，使整个系统达到所要求的控制目标。所设计的控制器能很好地补偿未知执行器故障，从而保证系统具有较好的抗干扰性能和鲁棒稳定性能，仿真实验也验证了控制器的有效性。

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1 绪论

1.1 论文研究背景、目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 基础知识

2.1 自适应控制

2.2 稳定性理论

2.3 反步法

2.4 本章小结

3 执行器故障下的无拖曳系统的控制器设计

3.1 无拖曳卫星控制系统组成与动力学模型

3.2 执行器故障下的系统动力学方程简化

3.3 控制器设计与稳定性分析

3.4 仿真分析

3.5 本章小结

4 执行器随机故障下的无拖曳系统的控制器设计

4.1 含Markovian向量非线性系统的理论基础

4.2 执行器随机故障下的系统动力学方程

4.3 控制器设计与稳定性分析

4.4 仿真分析

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

致谢

参考文献

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