网络化航天器控制系统的故障检测与调度协同设计方法研究

网络化是航天器控制系统发展的必然趋势，网络环境下航天器控制系统的故障检测必须考虑网络诱导时延、丢包及网络资源受限等网络因素的影响。本项目首先针对航天器控制系统与特定网络协议、冗余设备的消息调度等问题进行深入研究，从工程角度揭示网络诱导时延的产生机理，明确航天器故障检测系统性能与网络消息调度之间的关系，结合切换控制与网络控制理论建立航天器控制系统的故障检测模型，通过故障性能参考指标和决策/信道参量实现网络化航天器的自适应故障检测与反馈调度的协同设计，解决网络化航天器故障检测系统性能的提升与网络资源有限之间的矛盾，保证故障检测系统的稳定性和故障检测的实时性。本项目旨在为网络环境下航天器控制系统的故障检测提供新的设计思路，为有效利用故障检测理论及网络控制理论解决网络环境下航天器的故障检测问题奠定良好的理论与技术基础，为解决网络化航天器控制系统的诸多关键问题提供良好的理论与工程应用平台。

本项目基于切换系统理论和网络控制系统理论，系统地研究了网络环境下航天器控制系统的切换系统模型建立及稳定性分析、自适应鲁棒故障检测器设计以及故障检测与网络调度协同设计问题。.在系统建模及稳定性分析方面，提出“局部交叠切换系统”和“局部交叠切换多胞系统”两种建模方法来描述具有突变动态或者符合多模型切换框架的航天器控制系统。上述建模方法保留了传统增益调度工程设计方法的优势，允许在切换系统框架下对各工作点单独设计故障检测滤波器，并保证系统全局稳定性。.在自适应鲁棒故障检测方面，提出了将时延及丢包的影响转化为Markov模态或系统不确定性，并给出了系统的鲁棒故障检测方案，同时为提高故障检测系统检测性能，提出了采用在线时域优化技术对残差信号进行优化，保证了检测系统对故障敏感，对外部干扰、网络特性和建模不确定性等因素具有鲁棒性。.在故障检测与网络调度协同设计方面，针对存在数据包丢失的网络化航天器，提出一种基于变采样周期的实时反馈调度策略，根据系统性能和可用带宽动态地调度各回路的优先级、采样周期，同时基于此调度策略设计与之匹配的时变故障检测算法，实现网络资源受限时故障检测与反馈调度的协同设计。