[發明專利]一種近空間飛行器故障診斷與容錯控制方法

有效

• 申請號: 201310034777.5
• 申請日: 2013-01-30
• 公開（公告）號: CN103105850A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 趙靜;姜斌;許德智;賀娜;齊瑞云;張新宇
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及一種基于自適應滑模的近空間飛行器的故障診斷與容錯控制方法，屬于航空航天飛行控制領域。

背景技術

近空間飛行器姿態控制系統是保證飛行器正常運行的關鍵組成部分。系統運行過程中會不可避免的受到外界擾動和自身故障的影響導致災難性后果，由于近空間飛行器本身的特點在其研制過程中存在以下的難點：一方面，復雜氣動特性為該類飛行器的開發及應用帶來了極大挑戰；另一方面，嚴重的非線性耦合特性和飛行狀態的迅速改變使得飛控系統的控制問題要求的更為嚴格和困難。因此，在飛行過程中，飛控系統的許多元器件極有可能發生故障，一旦故障發生，將破壞整個飛控系統的穩定性，導致飛行計劃失敗，造成巨大的人力、物力、財力的損失。針對這些挑戰，為了保障飛行系統穩定、安全的運行，飛控系統需要對發生執行器故障或外界大擾動等突發情況具有應急處理能力。因此，對飛控系統進行故障檢測、評估是十分必要的環節。

目前，針對近空間飛行器執行器故障的研究已較多成果，但是同時考慮執行器動態損傷的情況卻相當少見。近空間飛行器故障診斷與容錯控制的技術已有很多研究，比如：T-S模糊控制技術、滑模控制技術、Backstepping技術、線性變參數方法、基于動態控制分配等(詳細請參考文獻：姜斌,等.近空間飛行器故障診斷與容錯控制的研究進展,南京航空航天大學學報，2012,44(5):603-610)，但是就自適應滑模技術來說，研究中仍存在以下問題沒有得到很好的解決：

(1)系統到達滑模面時間過長

(2)切換導致系統抖振過大

(3)故障估計的時效性與精度問題

(4)飛控系統對故障的容忍能力的高要求

發明內容

本發明解決的技術問題是提供一種針對近空間飛行器控制系統存在執行器失效與執行器動態損傷同時發生的情況，能夠快速精確的估計兩種故障的信息，并實現了對故障的強容忍能力，達到飛控系統所期望的要求的近空間飛行器故障診斷與容錯控制方法。

為解決上述技術問題，本發明一種近空間飛行器故障診斷與容錯控制方法，包括以下步驟：

步驟一、建立近空間飛行器再入階段的姿態控制系統的動力學模型；

步驟二、利用坐標轉換將姿態控制系統的動力學模型轉化為一般形式的非線性方程；

步驟三、建立執行器失效和執行器動態損傷同時存在的故障模型；

步驟四、分別建立自適應估計觀測器對執行器動態損傷因子和執行器失效因子進行實時在線估計；

步驟五、利用步驟四中估計出的執行器動態損傷因子和執行器失效因子來設計滑模容錯控制器并實時更新控制器參數，所述控制器參數包括執行器動態的損傷因子、執行器失效因子以及外部擾動參數。

進一步的優選方案，本發明近空間飛行器故障診斷與容錯控制方法中，所述步驟一中建立的近空間飛行器再入階段的姿態控制系統模型如下：