Повышение надежности системы управления космическим аппаратом на основе грубых моделей диагностики и принципа разделения в пространстве паритетов

Обсуждаются различные направления построения высоконадежной интегрированной системы управления космическим аппаратом на основе грубых моделей диагностики и принципа разделения возмущений в пространстве паритетов. Рассмотрены проблемы синтеза алгоритмов управления космическим аппаратом при неполной априорной и искаженной текущей информации, действии неконтролируемых и случайных факторов, потерях информации и отказах аппаратуры. Синтезирована структура бортовой системы управления ориентацией космического аппарата и выбраны алгоритмы управления, гарантирующие робастную устойчивость и отказоустойчивость при наличии возмущающих факторов и повреждений. Описываются приборный состав и режимы функционирования системы управления ориентацией. Приводятся методы исследования динамики, компьютерные технологии, особенности моделирования. Разработаны алгоритмы диагностики и реконфигурации бортового комплекса для связных, навигационных, геодезических спутников, спутников дистанционного зондирования Земли в режиме длительной эксплуатации в условиях космического полета. Процедура контроля включает два этапа: обнаружение и устранение повреждений. Заданная математическая модель системы исследуется в пространстве паритетов через разностные сигналы, которые возникают при появлении повреждений. По разностным сигналам с помощью решающих правил устанавливается характер отказа и принимаются меры по его устранению. Обсуждаются вопросы повышения отказоустойчивости бортовой системы управления космическим аппаратом на основе принципа реконфигурации с применением адаптивной логики в алгоритмах контроля и диагностики. Применение адаптации обеспечивает гибкую логику управления системой в условиях изменяющейся обстановки. Особое внимание уделено проблеме влияния подвижности жидкого топлива реактивных двигателей на динамические характеристики и точность бортовой системы управления ориентацией космического аппарата. Эффективность предложенных способов управления и алгоритмов подтверждена результатами математического моделирования для ряда конкретных технических систем. Даны рекомендации по их практическому применению. 

1. Заведеев А. И. Построение бортовой системы управления ориентацией космическим аппаратом повышенной отказоустойчивости с применением адаптивной логики в алгоритмах диагностики и контроля // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. Т. 19, № 10. С. 664—671

2. Dan Ye, Ju H. Park, Quan-Yong Fan. Adaptive Robust Actuator Fault Compensation for Linear Systems Using a Novel Fault Estimation Mechanism // Journal of Robust and Nonlinear Control. 2016. Vol. 26, N. 8. P. 1597—1614.

3. Zhixing Liu, Chi Yuan, Xiang Yu, Youmin Zhang. Faulttolerant Formation Control of Unmanned Aerial Vehicles in the Presence of Actuator Faults and Obstacles // Unmanned Systems. 2016. Vol. 4, N. 3. P. 197—211.

4. Qinqxian Jia, Wen Chen, Yingchun Zhang, Huayi Li. Integrated Design of Fault Reconstruction and Fault-tolerant Control Against Actuator Faults Using Learning observers // International Journal of Systems Science. 2016. Vol. 47, N. 16. P. 3749—3761.

5. Dan Ye, Shengping Luo, Junlong Wang. Two Step Faulttolerant Controller Design for Linear Time-delay Systems with Adaptive Mechanism // 42-nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. IECON 2016. P. 6812—6817.

6. Xiang Yu, Yomin Zhang, Zhixiang Liu. Fault-tolerant Flight Control Design with Explicit Consideration of Reconfiguration Transients // Journal of Guidance, Control and Dynamics. 2016. Vol. 39, N. 3. P. 556—563.

7. Kunfeng Lu, Yuanqing Xia, Mengyin Fu, Chunmei Yu. Adaptive Finite-time Attitude Stabilization for Rigid Spacecraft with Actuator Faults and Saturation Constraints // International Journal of Robust and Nonlinear Control. 2016. Vol. 26, N. 1. P. 28—46.

8. Afef Fekin. Fault Diagnosis and Fault Tolerant Control Design for Aerospace Systems: a Bibliographical Review // American Control Conference. 2014. P. 1286—1291.

9. Chimpalthradi R Ashokkumar. Reconfigurable Flight Control for Robust Transient Response. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part G: Journal of Aerospace Engineering. 2013. Vol. 227, N. 2. P. 405—411.

10. Yuying Guo, Youmin Zhang, Bin Jiang, Zhenqwei Zhu. Multiple-model-based Adaptive Reconfiguration Control of State Delayed Systems with Actuator Faults // IEEE International Conference on Mechatronics and Automation. 2012. P. 397—402.

11. Adel Belkadi, Zhixiang Liu, Laurent Ciarletta, Youmin Zhang, Didier Theilliol. Flocking Control of a Fleet of Unmanned Ferial Vehicles // Control Theory and Technology. 2018. Vol. 16, N. 2. P. 82—92.

12. Liu Zhixiang, Zhang Youmin, Yuan Chi, Luo Jun. An Adaptive Linear Parameter Varying Fault Tolerant Control Scheme for Unmanned Surface Vehicle Steering Control // 34-th Chinese Control Conference. 2015. P. 6197—6202.

13. Z. X. Liu, C. Yuan, Y. M. Zhang. Linear Parameter Varying Adaptive Control of an Unmanned Surface Vehicle // IFAC-Papers On Line. 2015. Vol. 48, N. 16. P. 140—145.

14. Wei Ren, Tao Zhang, Zhen Huang, Jiemei Liang, Jian Gong, Bo Liu. Real-time Simulation System of Satellite Attitude Reconfigurable Control Based on VxWorks. // Proceedings of IEEE Chinese Guidance, Navigation and Control Conference. 2014. P. 2577—2580.

15. Daobo Wang, Xiaojun Tang, Yin Wang. An Adaptive Control Allocation Method Based Reconfigurable Cotrol System for Unmanned Aerial Vehicle // Proceedings of the 33-rd Chinese Control Conference. 2014. P. 168—173.