● 摘要
火星探测任务由于周期长、投入大、系统复杂，对控制系统的安全性和可靠性提出了很高的要求。与在轨火星探测任务相比，火星着陆探测任务中飞行器所携带的机载设备数量更多，结构也更加复杂，这也使得系统中各部件发生故障的概率随之增大。容错控制是一个比较具有活力和应用价值的研究方向，如何将它应用到火星探测的背景中，增加系统的可靠性，提高任务的成功率，是非常具有研究价值的。因此，本文针对火星着陆探测任务中火星大气进入段的飞行器姿态跟踪问题，在考虑系统外界干扰、模型不确定性和执行器故障的情况下，设计容错控制器，保证姿态控制系统能够在无执行器故障和有执行器故障时，都能够很好地跟踪由制导系统产生的参考倾侧角指令，从而引导飞行器沿着离线设计好的标称轨迹，到达降落伞开伞点，实现精确着陆。
首先，针对火星着陆器大气进入段的姿态动力学模型，基于Takagi-Sugeno (T-S)模糊系统理论，设计相应的模糊规则与隶属度函数，建立了火星着陆器大气进入段的姿态动力学T-S模糊模型。
然后，研究带有外部干扰的火星着陆器姿态动力学模型，考虑H?干扰衰减问题，给出了抗干扰模糊控制律的设计方法；针对火星着陆器大气进入过程中部分执行器完全失效故障，采用控制分配方法，给出了控制力矩的量化实现方法以及容错控制器的设计过程。
接着，针对带有执行器部分失效故障的火星着陆器姿态动力学模型，基于可靠控制和模糊系统相关理论，给出了同时满足正常工作和执行器故障下不同设计目标的姿态跟踪可靠模糊控制器设计方法。
继而，针对大气进入过程中的气动力矩不确定性，基于鲁棒系统和模糊系统理论，给出了姿态跟踪鲁棒模糊控制器设计方法，并采用控制分配方法实现容错控制，使得着陆器在存在参数不确定和系统故障情况下仍能取得令人满意的姿态跟踪性能。
最后，Matlab仿真结果验证了所设计的方法的有效性。