、Jzy是ミ 轴转动惯量禪合值，ω = [ ωχ, ωγ，ωζ]τ是Ξ轴角速度，u表示火星着陆器的Ξ轴控制力矩， d为阵风引起的Ξ轴干扰力矩；
[0039] 在运里，我们定义e〇 = 〇-〇d，
守W得到：
[0040] i = + 巧I (W +
[0041 ]运里；
[0042]
[0043] 其中U为PD控制量，Kp，Kd为待定控制增益；
[0044] 考虑到控制输入通道中会发生喷气执行机构的部分失效情况，系统可重新描述 为：
[0045] 义=+ 公I (W + 怎 + 抹)
[0046] 其中执行机构部分失效值为E，可W表示为Ε = -βιι，β代表执行机构失效程度，干扰 d由如下系统描述：
[0047]
[004引其中W为系统的状态变量，W，V为已知的系统矩阵；δ为模型摄动，可W当作能量范 数有界干扰来处理；
[0049] 2、构造风扰估计器
[0050] 针对火星动力下降段阵风引起的干扰d，设计风扰估计器进行估计并补偿。结构如 下：
[0化1 ]
[0化2]其中，V为辅助的状态变量，L2为待定的风扰估计器增益阵，I为d的估计值。根据火 星表面的环境特点，运里考虑的干扰为0~50m/s的阵风影响。
[0053] 3、设计执行机构部分失效观测器
[0054] 针对火星着陆器的执行机构部分失效设计执行机构部分失效观测器估计火星着 陆器执行机构部分失效值并予W补偿。结构如下：
[0化5]
[0化6]其中，Z为辅助的状态变量，Li为待定的执行机构部分失效观测器增益阵，i为E的 估计值。其中在经过了长时间的巡游W及在恶劣环境的飞行，喷气执行机构在很大程度上 面临着出现部分失效的状况，在运里考虑的是E取值范围0~30%，代表执行机构失效0~ 30%的情况。
[0057] 4、基于风扰估计器、执行机构部分失效观测器构造复合容错控制器，设计复合容 错控制器，对火星着陆器受到的阵风d和执行机构部分失效E影响估计并抵消，复合容错控 制器形式如下：
[0化引
[0化9]其中Ucom为复合容错控制量，i为步骤3中的执行机构部分失效估计值，^为步骤2 中的阵风影响估计值。
[0060]本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【主权项】
1. 一种火星着陆器抗干扰容错控制方法，其特征在于包括以下步骤:首先，搭建火星着 陆器的姿态运动学与动力学模型;其次，针对动力下降段火星表面阵风带来的影响，设计风 扰估计器对作用在火星着陆器上的阵风影响进行估计，进而通过前馈通道进行补偿;再次， 设计执行机构部分失效观测器估计火星着陆器执行机构部分失效值并予以补偿;最后，将 风扰估计器、执行机构部分失效观测器和PD姿态控制器相复合，构造阵风影响下的火星着 陆器执行机构部分失效的容错控制器;具体步骤如下： 第一步，搭建火星着陆器的姿态运动学与动力学模型 搭建火星大气密度不确定性影响下的火星着陆器大气进入段运动学与动力学模型如 下：其中.，F = G(〇)-1，J* = FTJF，+ ,11*=?\，(1*=?丁(1，〇表示火星着陆器的倾侧角，了代表火星 着陆器的转动惯量，Jxx、Jyy、Jzz是着陆器三轴转动惯量值，一、払、^^、^^是三轴转 动惯量耦合值，ω =[ ωχ，ωγ，ωζ]τ是三轴角速度，u表示火星着陆器的三轴控制力矩，d为 阵风引起的三轴干扰力矩； _ t 在这里，我们定义e(j = 〇-od，，可以得到： _0 _ i = + j8丨（w+或） 这里：其中KP，Kd为待定控制增益； 考虑到控制输入通道中会发生喷气执行机构的部分失效情况，系统可重新描述为： X = Αχ+,.-Sj (u+e ~i~ dy 其中执行机构部分失效值为E，可以表示为Ε = -β?!，β代表执行机构失效程度，干扰d由 如下系统描述：其中w(t)为系统的状态变量，W，V为已知的系统矩阵；δ(〇为模型摄动，可以当作能量 范数有界干扰来处理； 第二步，构造风扰估计器 针对火星动力下降段阵风引起的干扰d，设计风扰估计器进行估计并补偿，得到阵风影 响估计值，风扰估计器结构如下：其中，V为辅助的状态变量，1^为待定的风扰估计器增益阵，i为d的估计值； 第三步，设计执行机构部分失效观测器 针对火星着陆器的执行机构部分失效设计执行机构部分失效观测器估计火星着陆器 执行机构部分失效值并予以补偿，得到执行机构部分失效估计值，执行机构部分失效观测 器结构如下：其中，Z为辅助的状态变量，1^为待定的执行机构部分失效观测器增益阵，J为E的估计 值； 第四步，基于风扰估计器、执行机构部分失效观测器构造复合容错控制器，设计复合容 错控制器，对火星着陆器受到的阵风d和执行机构部分失效E影响估计并抵消，复合容错控 制器形式如下：其中u。》为复合容错控制量，i为第三步中的执行机构部分失效估计值，i为第二步中 的阵风影响估计值。2. 根据权利要求1所述的一种火星着陆器抗干扰容错控制方法，其特征在于:所述步骤 二中的风扰估计器结构如下：其中，v为辅助的状态变量，1^为待定的风扰估计器增益阵，i为d的估计值。3. 根据权利要求1所述的一种火星着陆器抗干扰容错控制方法，其特征在于:所述步骤 三中的执行机构部分失效观测器结构如下：其中，z(t)为辅助的状态变量，U为待定的执行机构部分失效观测器增益阵，左为E的估 计值。
【专利摘要】本发明涉及一种火星着陆器抗干扰容错控制方法；首先，搭建火星着陆器的姿态运动学与动力学模型；其次，针对动力下降段火星表面阵风带来的影响，设计风扰估计器对作用在火星着陆器上的阵风影响进行估计，进而通过前馈通道进行补偿；再次，设计执行机构部分失效观测器估计火星着陆器执行机构部分失效值并予以补偿；最后，将风扰估计器、执行机构部分失效观测器和PD姿态控制器相复合，构造阵风影响下的火星着陆器执行机构部分失效的容错控制器。本发明具有强抗干扰性和高可靠性的特点，相对于传统的火星着陆器控制方法工程实用价值更高。
【IPC分类】G05D1/08
【公开号】CN105629987
【申请号】CN201610195807
【发明人】郭雷, 徐健伟, 乔建忠, 许昱涵, 刘志兵
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年3月31日