[發(fā)明專利]一種基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的無(wú)人機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障診斷方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010668986.5
• 申請(qǐng)日: 2020-07-13
• 公開（公告）號(hào): CN111930094A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張謙;徐一釩;張京娟;王學(xué)運(yùn);于澤龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B23/02
• 分類號(hào): G05B23/02;B64F5/60
• 代理公司: 北京航智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11668
• 代理人: 黃川;史繼穎

1.一種基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的無(wú)人機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障診斷方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：選擇與無(wú)人機(jī)傳感器測(cè)量最相關(guān)的狀態(tài)作為故障診斷卡爾曼濾波器的狀態(tài)向量，定義狀態(tài)向量為x＝[p,q,r]^T；其中，p表示橫滾角速度，q表示俯仰角速度，r表示偏航角速度；

S2：以無(wú)人機(jī)的左升降副翼和右升降副翼作為故障診斷的研究對(duì)象，定義控制向量為u＝[δ₁,δ₂]^T，計(jì)算所述故障診斷卡爾曼濾波器的離散矩陣；其中，δ₁表示右升降副翼控制量，δ₂表示左升降副翼控制量；

S3：將所述左升降副翼控制量與所述右升降副翼控制量分別增廣在所述故障診斷卡爾曼濾波器的狀態(tài)向量中，以檢測(cè)左升降副翼故障與右升降副翼故障的發(fā)生，所述故障診斷卡爾曼濾波器的狀態(tài)向量變?yōu)閤＝[p,q,r,δ_i]^T，i＝1,2；

S4：根據(jù)擴(kuò)展卡爾曼濾波的線性化原理，結(jié)合計(jì)算得到的故障診斷卡爾曼濾波器的離散矩陣，計(jì)算所述故障診斷卡爾曼濾波器的線性化表示形式；

S5：利用假設(shè)檢驗(yàn)算法設(shè)定每一個(gè)故障的條件概率，結(jié)合所述故障診斷卡爾曼濾波器的殘差，將故障發(fā)生概率表示為后驗(yàn)條件概率；

S6：根據(jù)貝葉斯定理，將故障發(fā)生概率的表達(dá)式寫成遞推的形式，通過查看故障發(fā)生概率進(jìn)行故障診斷。

2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)人機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障診斷方法，其特征在于，步驟S2中，所述故障診斷卡爾曼濾波器的離散矩陣表示為：

其中，F(xiàn)表示故障診斷卡爾曼濾波器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，eye(3)表示三階單位矩陣，[I_xx,I_yy,I_zz]表示無(wú)人機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，b表示翼面寬度，c_A表示平均幾何弦長(zhǎng)，Q_*表示線性化點(diǎn)處動(dòng)壓，ΔT表示采樣時(shí)間間隔；C_lp表示橫滾角速度到橫滾力矩的導(dǎo)數(shù)，C_lr表示偏航角速度到橫滾力矩的導(dǎo)數(shù)，C_mp表示橫滾角速度到俯仰力矩的導(dǎo)數(shù)，C_mq表示俯仰角速度到俯仰力矩的導(dǎo)數(shù)，C_mr表示偏航角速度到俯仰力矩的導(dǎo)數(shù)，C_np表示橫滾角速度到偏航力矩的導(dǎo)數(shù)，C_nr表示偏航角速度到偏航力矩的導(dǎo)數(shù)；G表示故障診斷卡爾曼濾波器的控制矩陣；表示左右升降副翼控制量差動(dòng)到橫滾力矩的導(dǎo)數(shù)，表示左右升降副翼控制量平動(dòng)到俯仰力矩的導(dǎo)數(shù)，表示左右升降副翼控制量差動(dòng)到偏航力矩的導(dǎo)數(shù)，其中，

3.如權(quán)利要求2所述的無(wú)人機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障診斷方法，其特征在于，步驟S4中，線性化的故障診斷卡爾曼濾波器表示為：

其中，x(k+1)表示k+1時(shí)刻的狀態(tài)向量，x(k)表示k時(shí)刻的狀態(tài)向量，y(k)表示k時(shí)刻無(wú)人機(jī)傳感器的量測(cè)向量；

其中，i＝1,2；當(dāng)i＝1時(shí)，δ₁(k+1)表示k+1時(shí)刻的右升降副翼控制量，δ₁(k)表示k時(shí)刻的右升降副翼控制量，G_δ1(k)表示k時(shí)刻故障診斷卡爾曼濾波器的驅(qū)動(dòng)矩陣，F(xiàn)_δ1(k)表示k時(shí)刻故障診斷卡爾曼濾波器的一步轉(zhuǎn)移矩陣；當(dāng)i＝2時(shí)，δ₂(k+1)表示k+1時(shí)刻的左升降副翼控制量，δ₂(k)表示k時(shí)刻的左升降副翼控制量，G_δ2(k)表示k時(shí)刻的驅(qū)動(dòng)矩陣，F(xiàn)_δ2(k)表示k時(shí)刻故障診斷卡爾曼濾波器的一步轉(zhuǎn)移矩陣。