● 摘要
卫星系统作为人类探索宇宙、开发利用空间资源的有力工具，对人类的生产、生活、科研等发挥着不可替代的重要作用。随着卫星技术的发展，卫星承担的任务日趋复杂，其在轨运行时间也更加长久。传统的以地面测控站为中心的管理控制模式已不能适应卫星在轨“高精度、高可靠性、长寿命”运行的需求，有必要大力发展卫星系统在轨自主管理控制技术。本文面向卫星系统在轨自主管控的技术要求，从姿态控制系统着手，综合运用多值逻辑推理、模型化方法、模糊理论、分布式人工智能技术、群体智能算法及自抗扰技术等重点研究卫星系统在轨故障诊断、健康评估、健康管理与智能优化控制的算法和实现技术。本文的主要研究内容如下：
(1) 将多值逻辑推理与矩阵半张量积方法相结合，提出了基于多值快速推理的卫星系统在轨故障诊断方法。利用矩阵半张量积能够实现维数不兼容矩阵间的乘法运算以及关于结构矩阵的定义，将多值逻辑推理过程简化为矩阵运算过程，结合卫星故障知识，实现速度快、效率高、占用计算资源少的卫星故障快速推理诊断。
(2) 提出了基于环境力矩测算卫星姿态控制系统在轨模型参考故障诊断方法。根据对卫星所受环境力矩的实施测算，以所估计扩张状态向量与测算环境力矩的差值，进行卫星姿态执行器故障诊断；根据参考模型与实现系统的平行响应关系，通过模型输出残差进行传感器故障诊断。
(3) 根据卫星系统功能的层次结构，提出了分层递阶式卫星系统在轨健康的模糊评估方法。根据系统部件的功能表现，对其进行健康状况评估。根据部件健康评估结果，结合健康影响的变权综合原理，实现对卫星各子系统、乃至整体系统健康情况的实时评估。
(4) 将分布式人工智能技术与群体智能计算方法相结合，提出了基于多智能体系统技术的卫星在轨健康管理方法。卫星健康管理系统由多个功能单一的智能体组成，通过多个智能体的协作完成各种健康管理操作，采用群体智能算法进行最优控制律设计，实现健康管理系统整体性能的优化。
(5) 将自抗扰技术与人工蜂群算法相结合，提出三轴稳定卫星姿态的鲁棒容错控制方法。采用自抗扰策略设计姿态控制律，利用规则集进行控制律调度，采用人工蜂群算法对扩张状态观测器的带宽参数进行优化，实现卫星姿态精度高、鲁棒性强的容错控制。
(6) 将自抗扰技术与文化基因算法相结合，提出面向卫星姿态大角度机动的智能自主控制方法。在设计卫星姿态自抗扰控制器的基础上，根据所估计卫星所受环境力矩影响的情况，通过规则集自主调度文化基因算法所优化的控制参数，实现卫星大角度机动过程精度高、能耗低的智能自主控制。