[發明專利]一種基于控制分配技術的飛行器重構設計方法

有效

• 申請號: 201810441712.5
• 申請日: 2018-05-10
• 公開（公告）號: CN108490808B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 李佳峰
• 申請（專利權）人: 北京微迪航天科技有限公司
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 北京中財易清專利代理有限公司 11518
• 代理人: 李清

本發明涉及一種基于控制分配技術的飛行器重構設計方法，包括以下步驟：S1、離線設計FDI模塊；S2、離線確定空氣舵故障模式；S3、離線確定正常情況下指令分配算法；S4、離線確定空氣舵故障情況下控制重構機制；S5、離線設計正常情況下各通道控制律；S6、進行飛行器六自由度仿真驗證。相對于傳統設計方法，這種方法可以使得飛行器空氣舵執行機構發生故障時，在不改變彈上控制律的同時保證飛行器能夠按照預定計劃完成飛行試驗任務，可以有效提高飛行器飛行的安全性、魯棒性。該方法具有簡單、實用、易于工程實現的優點，具有較好的應用推廣價值。

技術領域

本發明涉及一種飛行器控制重構設計方法。

背景技術

在航空航天領域中，越來越多的飛行器由于多操縱面以及推力矢量技術的應用，具備了較多的氣動控制余度，飛行器操縱面的控制方式和組合方式也不再唯一，這使得控制系統的設計難度和復雜性大大增加，但也給重構飛行控制帶來了冗余性。控制分配應用于飛行控制系統中，可以將控制器的設計分為兩個相對獨立的部分，在飛行器執行機構作動器故障或操縱面損傷的情形下，首先通過故障信息檢測與診斷(Failure Detection andIdentification,FDI)模塊確定發生故障的操縱面，隨后通過控制重分配實現重構，而無需調整控制律。因此，基于控制分配的重構控制對提高飛行器的安全性、魯棒性有著重要意義。控制分配技術已被廣泛應用于民用客機、先進飛行器、航天器等領域。

控制分配技術是實現冗余控制最優分配的有效方法，因此它可以很好的運用在多操縱面飛行器的控制系統中，尤其是故障重構控制系統。利用多操縱面飛行器的控制分配技術意義在于如下幾個方面：

a)減小了傳統飛行器中關鍵操縱面的關鍵性，可以充分利用操縱面之間的內在氣動冗余，在故障發生時可以將控制指令重新分配，降低故障操縱面的使用率以提高系統的安全可靠性；

b)系統發生故障時可進行重構，基于模塊化控制分配的重構過程不再需要重新調整復雜的控制律；

c)充分利用系統自身內在的氣動冗余，可減少飛行器的硬件余度配置，而減少作動器硬件配置余度可以簡化系統設計、減輕飛行器重量、降低設計成本等。

目前文獻中對于飛行控制系統重構控制的研究主要是對飛行控制律直接進行重構，無法滿足飛控系統對控制分配尤其是容錯重構控制分配算法的實時性要求，因此在實際工程中很難真正得到有效應用。

發明內容

鑒于現有設計方法中存在的上述問題，本發明的主要目的在于提供一種基于控制分配技術的飛行器控制重構設計方法。

本發明的技術方案是這樣的：

一種基于控制分配技術的飛行器重構設計方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1、離線設計FDI模塊：FDI模塊輸入信號包括：各空氣舵指令信號、各空氣舵實際偏轉信號以及各空氣舵伺服系統的輸出電流、電壓等信號；FDI模塊的輸出為空氣舵的故障模式，通過FDI模塊能在線判斷發生故障的空氣舵編號；

S2、離線確定空氣舵故障模式：對于具有四片空氣舵的飛行器來說，故障模式總共有四種：分別是空氣舵1故障、空氣舵2故障、空氣舵3故障和空氣舵4故障；

S3、離線確定正常情況下指令分配算法：設計所有空氣舵正常工作模式情況下的空氣舵指令分配算法，如下式所示：

S4、離線確定空氣舵故障情況下控制重構機制：離線設計各種故障模式下的控制指令分配算法；由步驟S2確定的各種故障模式下的空氣舵控制指令分配算法如下：

空氣舵1故障；

空氣舵2故障；

空氣舵3故障；

空氣舵4故障；