集成故障诊断与鲁棒重构容错控制方法研究

本项目以航空航天飞行器在轨重构控制为研究背景，针对系统故障诊断与容错控制设计在快速性、优化性和鲁棒性等方面存在的问题，突破传统两个子系统独立设计的思路，探索采用集成一体化思想进行系统故障诊断与容错控制设计的新方法。重点解决集成故障诊断与鲁棒重构容错控制的系统建模、控制算法设计、系统D-稳定鲁棒性分析等关键问题。系统建模时，考虑系统参数的不确定性，建立适合控制系统设计的线性定常系统模型和拟线性变参数系统模型；控制算法设计时，在采用偏差分离原理进行故障诊断后，基于混合H2/H∞控制方法和多项式特征结构配置方法分别实现线性定常系统和拟线性变参数系统的集成故障诊断与鲁棒重构容错控制性能指标的优化；系统鲁棒性分析时，针对线性定常系统和拟线性变参数系统，分别采用基于多项式矩阵胞和基于参数依赖Lyapunov函数的线性矩阵不等式方法进行系统参数不确定性的D-稳定鲁棒性分析。

本项目围绕故障诊断与鲁棒重构容错控制集成一体化设计中的延迟、快速性以及鲁棒性等难点进行了研究，按照申请书中的研究内容，考虑执行机构和敏感器故障，在本人前期研究基础上建立了更为精确和完整的基于有效性因子的LTI系统模型和QLPV故障诊断模型，基于LTI模型设计了基于偏差分离原理的二阶Kalman滤波故障诊断方法，以及H2/H∞鲁棒容错控制方法。将有效性因子作为QLPV系统的时变参数，基于多项式矩阵建立的QLPV系统模型，提出了基于PEA的QLPV系统鲁棒重构容错控制方法，完成了基于多项式矩阵胞的系统D-稳定鲁棒性分析，并将以上研究成果均应用到卫星姿态控制系统中进行了数学仿真验证，并将部分研究成果在卫星姿态控制系统半物理仿真环境中进行了验证。经过3年紧张有序地研究，本项目研究已经按照计划内容全部完成，取得了丰富的成果，其中发表了密切相关的论文18 篇，专利9项，完成了项目申请书撰写时的计划任务。