题目：微纳卫星姿控系统抗干扰容错控制方法研究

        由于研制成本、研制周期、运载保障和投入风险等方面与传统卫星相比具有较大的优势，微纳卫星已成为近年来航天领域的又一研究热点。伴随着体积和重量的降低，其工作可靠性显得更为重要。当系统硬件配置的性能与精度达到一定水平时，从控制算法的角度提高系统工作的可靠性，成为一个重要的研究方向。本文针对微纳卫星在轨运行过程中执行机构可能发生的故障和系统面临的多源干扰，从理论和应用角度对姿控系统的抗干扰容错问题展开研究。主要完成了以下几方面的工作：

      1、针对微纳卫星姿态控制系统反作用飞轮的部分失效故障、反作用飞轮振动干扰及星体转动惯量变化导致的系统参数不确定性等问题，提出了一种具有干扰抑制和补偿能力的精细故障诊断及容错控制方法。设计基于干扰观测器的复合容错控制器, 并基于线性矩阵不等式对控制器进行求解。仿真结果表明，基于微纳卫星姿态控制系统的精细故障诊断与容错控制方法在有效诊断系统部分失效故障的情况下，可有效抵消与抑制干扰。最后以某型在研小卫星为工程背景，建立了一个姿控系统硬件在回路实验系统，并对文中设计的抗干扰容错控制算法进行了仿真验证。验证了本文所提算法的可行性。

      2、针对微纳卫星运行过程中反作用飞轮可能存在的完全失效故障及多源干扰问题，首先考虑反作用飞轮的安装矩阵，保证系统的控制余度，提出了具有干扰抑制特性且对执行机构完全失效具有容错能力的H∞被动容错控制方法。在此基础上，将多源干扰分为反作用飞轮振动干扰和系统范数有界不可建模干扰。针对反作用飞轮振动干扰，设计干扰观测器对其进行实时的干扰估计；针对系统中可能发生的完全失效故障和不可建模范数有界干扰，提出了基于干扰观测器+自适应的姿控系统抗干扰容错控制方法。

      3、针对时滞可能会导致微纳卫星整星失稳及控制精度下降的问题，首先考虑控制通道存在时变输入时滞的卫星姿态控制问题，并提出了控制输入通道含有时变时滞的微纳卫星姿控系统抗干扰容错控制方法，设计含有时滞特性的故障诊断观测器、干扰观测器和复合容错控制器。更具普适性地，考虑状态时滞给姿态控制系统带来的影响，并提出含有状态时滞的姿控系统抗干扰容错控制方法，最后基于Lyapunov方法进行稳定性证明。

      4、针对前述抗干扰容错控制方法中可能存在系统状态量不全可测的问题，构造全维观测器对飞轮振动干扰进行实时估计，提出了基于干扰观测器的输出反馈抗干扰控制方法，并给出了一种新的求解控制器增益和观测器增益的方法，通过相应的证明保证了系统的稳定性并具有一定的H∞性能；针对系统中可能存在的反作用飞轮部分失效故障，提出了一种新型的自适应故障诊断观测器设计方法，并完成了基于输出反馈的姿控系统抗干扰容错方法研究。