基于滑模观测器的临近空间飞行器容错控制

2012年06月27日10:28:50 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

林常青，李学虎
后勤学院后勤指挥系，北京

摘　　　要：针对临近空间飞行器中结构未知的执行器故障，提出一种基于滑模观测器的容错控制方法。采用ＥｄｗａｒｄｓＳｐｕｒｇｅｏｎ观测器结构设计滑模观测器，实现对执行器故障的鲁棒估计。根据所得的故障信息设计模型参考滑模容错控制器，控制律的非线性增益分为两部分，保证系统的鲁棒容错性能。一部分利用参数不确定的界值条件设计，一部分基于鲁棒故障估计信息设计。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了系统的渐近稳定性。仿真结果表明，该方法能有效实现对执行器故障的鲁棒估计，并保证故障条件下飞行器对参考模型的稳定跟踪性能，达到了期望的容错效果。

关　键　词：临近空间飞行器；容错控制；模型参考；滑模观测器

１　引　言
临近空间飞行器作为新一代的航空航天器，已成为世界各强国广泛关注和研究的焦点［１２］。受飞行速度及高度等复杂飞行条件，以及机体发动机一体化设计结构的影响，临近空间飞行器中会发生不能精确建模的执行器故障，严重破坏飞行器的动态特性，极大降低飞行器的稳定性和可靠性［３４］。因此，研究临近空间飞行器的容错控制问题具有重大意义，并已成为航空航天领域的热点问题之一。滑模观测器的滑动模态在故障情况下也不会遭到破坏，因此，基于滑模观测器得到的故障估计信号能直接提供故障信息，便于在实际中应用［５］。Ｅｄｗａｒｄｓ和Ｓｐｕｒｇｅｏｎ对滑模观测器理论进行了深入发展，利用滑模观测器的“等效输出误差注入”信号实现对执行器故障的估计［６］。为解决不确定系统中执行器故障的鲁棒估计问题，Ｈ∞ 思想、李雅普诺夫方程、线性矩阵不等式等方法得以应用［７９］。临近空间飞行器的容错控制方法研究尚处于起步阶段，成果不是很丰富。本文将采用ＥｄｗａｒｄｓＳｐｕｒｇｅｏｎ观测器结构设计滑模观测器，实现对未知执行器故障的鲁棒估计；进而，基于此故障信息设计模型参考滑模容错控制器，实现对故障的容错处理。

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