[發明專利]一種基于擴展狀態觀測器的飛機機電作動系統故障檢測方法

有效

• 申請號: 202011437766.8
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112631245B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 楊珍書;沈寶國;毛奇;楊文杰
• 申請（專利權）人: 江蘇航空職業技術學院
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 鎮江京科專利商標代理有限公司 32107
• 代理人: 夏哲華

本發明公開了一種基于擴展狀態觀測器的飛機機電作動系統故障檢測方法。它包括以下步驟：A、飛機機電作動系統非線性模型的建立：基于飛機機電作動系統的作動機理及結構特性，將系統非線性因素和輸入未知干擾轉化為系統的動態模型；B、基于擴展狀態觀測器的閾值進行故障檢測方法的設計：擴展狀態觀測器生成復合干擾的估計值，實現對復合干擾的估計，對故障誤差的檢測，確保干擾觀測誤差的有界性。優點是：不僅可以生成包含輸入擾動和非線性因素在內的復合擾動的估計，而且可以有效地檢測系統中的故障，所采用的故障檢測方法不僅對系統非線性影響和未知干擾具有良好的魯棒性，而且能夠準確地檢測系統故障，及時降低誤報率。

技術領域

本發明涉及一種具有強非線性和未知干擾的飛機機電作動系統故障檢測設計，具體地說是一種基于擴展狀態觀測器的飛機機電作動系統故障檢測方法。

背景技術

飛機機電作動系統是一種隨著多電飛機的發展和電傳飛控技術的成熟，在民用飛機中逐漸得到廣泛應用的新型作動系統，具有響應迅速、重量輕體積小、結構簡單便于維護的特點，是功率電傳應用于新型民用客機的典型特征之一和發展方向，飛機機電作動系統已經作為新型作動系統的關鍵技術，應用于波音787的水平安定面的配平作動和A380的擾流板作動，對民用客機作動器的革新發展以及作動器的技術進步產生重大的影響。

飛機機電作動系統作為飛行操縱系統中的安全-關鍵元件，必須滿足適航規章高可靠性的要求，但是，飛機機電作動系統作為應用于民用飛機的新型作動形式，其系統結構復雜，故障機理多樣，尚未有足夠長的運行時間與足夠大的數據積累得到可靠的故障統計數據，是制約系統可靠性提升的重要障礙；其中，采用基于模型的故障檢測方法，不僅能夠減少備份通道和冗余硬件的使用，降低維護成本，而且能夠及時、準確的檢測出故障來源，降低故障影響，有效提到系統的可靠性；然而，飛機機電作動系統是復雜的機電一體化系統，故障機理復雜多樣，并且具有摩擦、間隙、磁鏈變化等多種非線性因素，影響故障特征和檢測殘差的獲取，為提高故障檢測的準確性增加難度，并且作動系統的負載輸入隨飛機姿態和飛行狀態實時改變，存在未知輸入干擾，系統輸入有很強的不確定性，這干擾了故障檢測的精確性和魯棒性，以上這些因素影響了系統的故障檢測研究的開展，總體來說，故障檢測方法存在的局限體現在以下幾個方面：(1)故障檢測方法通常基于系統的信號進行處理，然而在飛機高速運動過程中，飛機姿態與環境輸入的改變，使得采用該方法處理的某一信號突然變化，誤報警率比較高；(2)基于模型的故障檢測方法僅考慮了系統的線性特征，然而針對機電一體化復雜的飛機機電作動系統，建模誤差不可避免；(3)基于模型的故障檢測方法研究對象通常為系統本身，并未考慮系統的未知輸入干擾，在故障檢測中存在誤差，誤報警率較高。

發明內容

針對系統存在的強非線性因素和未知輸入干擾，故障檢測的不確定性和復雜性，本發明要解決的技術問題是提供一種能夠降低誤報警率，有效提高系統可靠性的基于擴展狀態觀測器的飛機機電作動系統故障檢測方法。

為了解決上述技術問題，本發明的基于擴展狀態觀測器的飛機機電作動系統故障檢測方法，包括以下步驟：

A、飛機機電作動系統非線性模型的建立：基于飛機機電作動系統的作動機理及結構特性，將系統非線性因素和未知輸入干擾轉化為系統的動態模型；

B、基于擴展狀態觀測器的閾值故障檢測方法設計：擴展狀態觀測器生成復合干擾的估計值，實現對復合干擾的估計，對故障誤差的檢測，確保干擾觀測誤差的有界性。

通過使用干擾觀測誤差來設計故障閾值以檢測系統故障。

所述飛機機電作動系統包括作動器電子控制裝置、無刷直流電機、機械傳動裝置和傳感器，所述步驟A中，作動器電子控制裝置接收飛控計算機的指令并控制無刷直流電機旋轉，機械傳動裝置將驅動電機的旋轉輸入轉換為滾珠絲杠的線性輸出，驅動舵面運動。

所述步驟A中，系統電壓方程為：

系統動力學方程為：