[發明專利]飛行器三維運動故障診斷和容錯控制方法

有效

• 申請號: 201310095792.0
• 申請日: 2013-03-24
• 公開（公告）號: CN103149931A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 史忠科
• 申請（專利權）人: 西安費斯達自動化工程有限公司
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種飛行器三維運動故障診斷和容錯控制方法，其特點是包括以下步驟：

(a)飛行器無故障時三維運動的非線性模型為：

式中：狀態變量h,V_T,α,β,p,q,r分別表示飛行高度、飛行速度、氣流迎角、側滑角、滾轉角速度、俯仰角速度、偏航角速度；θ,ψ分別指滾轉、俯仰角、偏航角；g為重力加速度；Q,S,m,I_x,I_y,I_z,I_zx分別表示動壓、機翼面積、飛行器質量、繞機體軸系X軸的轉動慣量、繞機體軸系Y軸的轉動慣量、繞機體軸系Z軸的轉動慣量、機體軸系XZ軸的轉動慣量積；C_x(α,β,δ),C_y(α,β,δ),C_z(α,β,δ)分別表示縱向力、側向力和法向力；C_L(α,β,δ),C_N(α,β,δ),C_M(α,β,δ)分別為滾轉力矩、偏航力矩、俯仰力矩；δ為控制量；通常側滑角通常小于90°，cosβ不會為零；

(b)故障檢出方法為：當狀態組合指標J≥1，則判定飛行器有故障；

其中：

J=sign[Σi=kk+N|hpre(i)-hout(i)|-Δht]+sign[Σi=kk+N|VTpre(i)-VTout(i)|-ΔVTt]]]>

+sign[Σi=kk+N|αpre(i)-αout(i)|-Δαt]+sign[Σi=kk+N|βpre(i)-βout(i)|-Δβt]]]>

+sign[Σi=kk+N|d1pre(i)-d1out(i)|-Δd1t]+sign[Σi=kk+N|d2pre(i)-d2out(i)|-Δd2t]---(2)]]>

+sign[Σi=kk+N|θpre(i)-θout(i)|-Δθt]+sign[Σi=kk+N|ppre(i)-pout(i)|-Δpt]]]>

sign[Σi=kk+N|qpre(i)-qout(i)|-Δqt]+sign[Σi=kk+N|rpre(i)-rout(i)|-Δrt]]]>

式中：h_pre(i),V_Tpre(i),α_pre(i),β_pre(i),ψ_pre(i),θ_pre(i)，p_pre(i),q_pre(i),r_pre(i)分別為根據（1）式在時間t=iT(i=k,k+1,…,N)計算得到的h,V_T,α,β,ψ,θ，p,q,r值；

h_out(i),V_Tout(i),α_out(i),β_out(i),ψ_out(i),θ_out(i)，p_out(i),q_out(i),r_out(i)分別為在時間

t=iT(i=k,k+1,…,N)實際測量得到的h,V_T,α,β,ψ,θ，p,q,r值，△h_t,△V_Tt,△α_t,△β_t,△ψ_t,Δθ_t，△p_t,△q_t,△r_t為設定的檢測閾值；sign(x)=1x>00x≤0]]>為符號函數；k表示第k個采樣點，對應采樣時間為t=kT；N+1為設定誤差累計個數，T為采樣周期；

(c)飛行器出現故障時首先對故障分類，再針對確定的故障類別分析飛行器全機參數和飛行動力學特性的影響，然后重新對故障發生后突變系統建模，得到飛行器出現故障時三維運動的非線性模型描述為：

式中：；S_f,m_f,I_xf,I_yf,I_zf,I_zxf別表示飛行器出現故障時的機翼面積、飛行器質量、繞機體軸系X軸的轉動慣量、繞機體軸系Y軸的轉動慣量、繞機體軸系Z軸的轉動慣量、機體軸系XZ軸的轉動慣量積；C_xf(α,β,δ_f),C_yf(α,β,δ_f),C_zf(α,β,δ_f)分別表示飛行器出現故障時的縱向力、側向力和法向力；C_Lf(α,β,δ_f)、C_Nf(α,β,δ_f)和C_Mf(α,β,δ_f)飛行器出現故障時的滾轉力矩、偏航力矩、俯仰力矩；δf=δδapf]]>飛行器出現故障時的控制輸入，飛行器故障引起的非人為附加控制量δ_apf；

(d)容錯控制器的設計方法為：設計出的控制量δ使得非線性模型（1）式穩定裕度達到軍標要求，且該控制量δ和飛行器故障引起的非人為附加控制量δ_apf共同組成的飛行器出現故障時的控制輸入δf=δδapf]]>使得非線性模型（3）式輸出穩定。