[00834232]执行机构故障的卫星姿态容错控制研究

该项目旨在解决卫星的执行机构的故障建模与容错控制问题，这一问题是控制科学与工程学科和航空宇航科学与技术学科的前沿研究课题。课题的提出源于具有广泛应用背景的卫星姿态控制系统，这一问题的成功解决将对卫星控制系统在实际工程中的应用产生重要的推动作用，并提高在轨卫星的寿命，同时也是对卫星自主与容错控制理论的进一步发展和完善，具有重要的理论价值和广泛的应用前景。该项目结合中国卫星控制技术的发展情况，开展了卫星执行机构故障建模和容错控制技术研究。根据大型工程设计与优化的要求，首先，为提高卫星动力学特性分析与优化的效率，从执行器故障产生的原因入手，以执行器故障后的输出值为依据，研究执行机构各类故障的描述方法，建立更一般、更实际的可以完备描述各类执行器故障的数学模型，从而克服传统的仅限于机械结构学科范畴的研究模式；其次，综合现代数学理论和方法、容错控制理论和技术、计算机技术和软件工程，探索更广泛、更深层次的问题，开展卫星控制系统的新型容错控制理论体系和方法研究，并就其在执行机构建模、控制系统设计、系统稳定性分析、数学仿真等具体方面的一些问题进行深入系统的研究，特别针对卫星同时存在故障与控制输入存在饱和受限的控制问题，进一步研究确保闭环系统稳定的设计方法，分析故障、控制受限约束对系统性能的影响，并给出其系统的变化规律及控制系统的可行性方法；通过对控制饱和受限的特定方式，研究饱和特性对系统稳定和性能的影响，并寻求控制算法简单、计算量小、并易于工程实现，以解决该类非线性系统在存在执行器故障、外部干扰、不确定和控制受限的情形下的新型容错控制器设计问题，进而揭示系统的内在本质，以寻找系统瓶颈问题的可行性方法。最后，将上述研究方法应用于中国某型号卫星的姿态容错控制研究中，并进行半实物仿真验证，以期为中国未来型号卫星的姿态控制系统设计提供一些有效的理论方法和技术储备。所以对该课题的深入研究具有重要的理论意义和实际应用价值。该项目在国家自然基金项目、黑龙江省基金、教育部等部委基金的资助下，系统深入的研究了卫星执行机构故障建模、容错控制系统的设计、系统稳定性分析、数学仿真等具体方面的一些问题，其研究成果处于国际先进水平，部分分支上处于国际领先水平。在国内外高水平学术刊物和会议上发表论文200余篇、专著教材1本，其中SCI检索60篇、EI检索185篇(含SCI双检)、ISTP检索6篇；所发表的论文共被引用660余次、他引560余次、SCI他人引用150余次、单篇最高SCI他引30余次(检索结果依据WebofScience与中国知网数据库)；同时课题研究特别重视基础研究的最新成果服务于中国国防科技与国民经济建设，积极展开与航天部门科研机构的合作，将研究成果应用于实际航天控制系统。