[發明專利]一種基于線性調頻Z變換的飛行器舵機故障在線辨識方法

在審

• 申請號: 202011106405.5
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112182773A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 鐘鴻豪;白文艷;黃萬偉;鄭總準;翟雯靜
• 申請（專利權）人: 北京航天自動控制研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/17;G06F30/20;G06F111/10;G06F119/10
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本申請公開了一種基于線性調頻Z變換的飛行器舵機故障在線辨識方法，包括：針對飛行器縱向短周期運動的狀態空間模型，選擇一個關心頻帶；計算出所述關心頻帶中每個頻率點的線性調頻Z變換；計算前一個時刻的待辨識參數估計值，并且迭代得到待辨識參數的方差估計值；判斷所述待辨識參數的方差估計值是否小于等于設定閾值；當方差估計值小于等于設定閾值時，認為舵機系統未發生故障，進行待辨識參數更新，得到辨識結果；當方差估計值大于設定閾值時，則認為k時刻舵機系統發生了故障，重啟辨識。本申請能夠有效減小測量噪聲的影響，避免數值微分誤差，而且能夠較快地敏感參數變化，實現飛行器故障的在線辨識，對一般的飛行器具有較強的普適性。

技術領域

本發明屬于飛行器控制技術領域，具體涉及一種基于線性調頻Z變換的飛行器舵機故障在線辨識方法。

背景技術

對于以空氣舵作為執行機構的飛行器而言，空氣舵的有效與否是影響飛行成敗的關鍵因素。在飛行器飛行過程中，為保證控制指令的有效性，需根據實時飛行數據分析估計空氣舵控制能力，從而制定相應的策略保證后續任務飛行安全。飛行器飛行過程中，空氣舵一旦出現故障，就會導致飛行器的控制能力受損。但對于動力系統，往往無法通過硬件冗余的方式提高其可靠性，當動力系統、控制機構故障發生未預期的情況后，當前控制系統缺乏自適應能力與自主性，不能對異常情況進行自主處理。

目前，傳統時域的辨識方法，在測量噪聲較小的情況下，能夠得到較好的辨識結果，但是當測量噪聲較大時，由于數值微分對測量噪聲的放大作用，辨識效果會很差。而頻域的遞推辨識方法的噪聲抑制能力強、計算量小、內存需求固定，在處理信號的微分時也非常簡便。但其需要一定數據量的累積以減小頻譜泄露，實時性較差，以往的頻域辨識方法都假定參數在辨識過程中固定不變，對于參數時變的情形適應性相對較差。

針對現有技術中辨識結果受噪聲影響適應性差的難題，尚無有效方法解決。

發明內容

為解決現有技術中的不足，針對飛行器系統舵機故障辨識問題，本申請提出了一種基于線性調頻Z變換的飛行器舵機故障在線辨識方法。本申請需要預設一個較大的滑動時間窗，在參數變化不大的情況下，使用缺省的時間窗，可以利用較大的數據量，提高辨識算法的去噪能力和穩定性。本發明給出的基于線性調頻Z變換的飛行器舵機故障在線辨識方法，不但能夠有效減小測量噪聲的影響，而且能夠較快地敏感參數變化，增強了頻域辨識方法對于飛行器故障情形的適應性，可以實現飛行器故障的在線辨識，對一般的飛行器具有較強的普適性。

一種基于線性調頻Z變換的飛行器舵機故障在線辨識方法，步驟如下：

針對飛行器縱向短周期運動的狀態空間模型，選擇一個關心頻帶；

在基于滑動時間窗的遞推線性調頻Z變換的基礎上，對于每個時刻，計算出所述關心頻帶中每個頻率點的線性調頻Z變換；

基于線性調頻Z變換結果，計算前一個時刻的待辨識參數估計值，并且迭代得到待辨識參數的方差估計值。

判斷所述待辨識參數的方差估計值是否小于等于設定閾值；

當k時刻的所述待辨識參數的方差估計值，小于等于設定閾值時，利用遞推線性調頻Z變換結果，進行待辨識參數更新，得到待辨識參數的辨識結果；若待辨識參數的方差估計值大于設定閾值時，則認為k時刻舵機系統發生了故障，為了提高線性調頻Z變換的辨識精度，需要重啟辨識。由于此時待辨識參數的準確值未知，參數辨識結果保持為上一拍的數值，并在下一個時刻，即k＝k+1時，重啟參數辨識。對于待辨識參數的方差估計值小于等于設定閾值時，認為舵機系統未發生故障，使用辨識結果替代待辨識參數。

所述關心頻帶為[f₀,f₁)，在所述關心頻帶內選擇等間隔分布的M個頻率點，即f_i＝f₀+iΔf,其中i＝0,1,...,M-1，i表示第i個頻率信號，Δf表示相鄰兩個頻率點的頻率間隔。