卫星姿态控制系统的故障诊断研究

论文摘要

本文针对三轴稳定卫星的姿态控制系统研究了其故障诊断的方法,并将提出的算法用Matlab实现仿真验证。文中首先介绍了故障诊断的主要概念以及发展情况,航天器故障诊断的历史与发展现状,以及航天器故障诊断技术的发展方向。简介卫星姿态控制系统的模型,并针对该模型分析故障发生的特点,故障诊断的难点,以及可能发生故障的部位和故障的类型,给出故障检测的方法。在姿态控制系统的非线性部分满足利普希茨条件的情况下,提出了一种基于自适应观测器的卫星姿态控制系统的执行器故障诊断方法,并分析该自适应算法的收敛性与收敛速度。利用自适应观测器估计出来的故障信息设计故障调节律以恢复系统的性能。并通过仿真验证算法可行性。提出基于非线性滤波--Unscented卡尔曼滤波器的传感器故障诊断方法。首先将卫星姿态控制系统离散化,利用离散化的模型,将卫星姿态控制系统的姿态敏感器故障作为一种增广的状态量扩展到姿态控制系统的状态方程中去,然后利用UKF对其状态量进行估计。仿真结果表明,UKF具有强跟踪性,可以快速有效地跟踪系统的突变与缓变故障。研究了基于最小二乘支持向量机的控制系统的系统级故障估计方法。对于加性的系统级故障,利用最小二乘支持向量机在线逼近非线性函数的能力,设计基于最小二乘支持向量机的非线性观测器,在线估计出故障信息。并通过仿真验证这种方法在系统存在干扰力矩的情况下,能够快速有效地估计出系统的故障。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 故障诊断与容错控制技术研究综述
• 1.2.1 故障的一般概念
• 1.2.2 故障诊断的发展史
• 1.2.3 故障诊断方法的分类与概述
• 1.2.4 容错控制方法的分类与概述
• 1.3 故障诊断技术在航天器中的应用
• 1.3.1 国内外航天器故障诊断技术发展概况
• 1.3.2 故障诊断理论在航天器中的应用分析
• 1.3.3 故障诊断技术在航天领域的发展方向
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 卫星姿态控制系统概述
• 2.1 引言
• 2.2 参考坐标系
• 2.3 卫星姿态控制系统的结构
• 2.4 卫星姿态控制系统模型描述
• 2.4.1 姿态的描述
• 2.4.2 姿态运动学方程
• 2.4.3 姿态动力学方程
• 2.4.4 姿态控制系统的状态方程
• 2.5 姿态控制系统的执行机构
• 2.6 姿态控制系统的测量机构
• 2.7 本章小结
• 第三章 卫星姿态控制系统故障分析
• 3.1 卫星姿态控制系统的故障特点与故障诊断难点
• 3.1.1 故障的特点
• 3.1.2 故障诊断的难点
• 3.2 卫星姿态控制系统的故障产生机理与原因
• 3.3 卫星姿态控制系统故障分析
• 3.3.1 传感器故障分析
• 3.3.2 执行器故障分析
• 3.3.3 系统级故障分析
• 3.4 姿态控制系统的故障检测方法
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于自适应观测器的故障诊断与故障调节
• 4.1 引言
• 4.2 问题描述
• 4.3 基于自适应观测器的故障诊断算法
• 4.4 故障调节
• 4.5 仿真
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于UKF 的传感器故障诊断
• 5.1 引言
• 5.2 系统描述
• 5.3 基于UKF 的姿态传感器故障诊断
• 5.4 仿真
• 5.5 本章小结
• 第六章 基于LSSVM 的姿态控制系统故障诊断
• 6.1 引言
• 6.2 支持向量机简介
• 6.3 基于最小二乘支持向量机的系统状态观测器设计
• 6.4 仿真
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文工作总结
• 7.2 后续工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者近期的学术论文与科研情况