[發明專利]一種飛行器容錯控制方法及系統

在審

• 申請號: 202211124486.0
• 申請日: 2022-09-15
• 公開（公告）號: CN115469545A
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 扈曉翔;李奧;肖冰;李紅增
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉芳

本發明涉及一種飛行器容錯控制方法及系統，涉及飛行器控制領域，方法獲取物理空間的飛行器物理實體的狀態信息；根據所述飛行器物理實體的狀態信息利用數字孿生技術在數字空間搭建與所述飛行器物理實體相匹配的飛行器虛擬模型；根據所述飛行器物理實體的狀態信息利用模型預測靜態規劃技術對所述飛行器虛擬模型的參數進行修正，得到模型參數修正量；根據所述模型參數修正量對所述飛行器物理實體進行容錯控制。通過將數字孿生技術和模型預測靜態規劃技術結合應用到飛行器容錯控制領域，實現動態管理控制飛行器物理實體的運行狀態，有效提高了飛行的安全性和控制效率。

技術領域

本發明涉及飛行器控制領域，特別是涉及一種飛行器容錯控制方法及系統。

背景技術

飛行器的傳感器、執行器以及飛行器結構的老化容易導致故障的發生，而一旦發生故障，往往會帶來經濟上都損失，甚至災難性的后果。因此，當故障發生時，需要采取更為有效和快速的控制策略，保證故障后的系統仍舊可以安全飛行，避免事故的發生。容錯控制作為一種處理故障影響的有效控制手段，已經成為控制領域學者研究的一個熱點。

數字孿生技術是通過建立物理系統的虛擬時空系統模型，在虛擬空間中完成物理實體的映射，進一步對所獲取的多物理量信息進行融合、分析、仿真和挖掘，從而達到系統監測、容錯控制等目的。目前數字孿生技術主要集中于智能制造領域，尚無飛行器控制系統領域應用數字孿生技術進行容錯控制器設計的相關公開技術資料。

模型預測靜態規劃結合了模型預測控制與近似動態規劃的特點，該方法將最優控制理論引入到控制框架中，對于最優控制問題中的典型的兩點邊值問題，只需要靜態協態矢量來更新控制量，且協態矢量可以通過使用敏感度矩陣來遞歸計算。由于計算中不存在數值優化的過程，直接給出了解析解，因此在實時性方面有著顯著優勢。

發明內容

本發明的目的是提供一種飛行器容錯控制方法及系統，通過將數字孿生技術和模型預測靜態規劃技術結合應用到飛行器容錯控制領域，實現動態管理控制飛行器物理實體的運行狀態，有效提高了飛行的安全性和控制效率。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種飛行器容錯控制方法，包括：

獲取物理空間的飛行器物理實體的狀態信息；

根據所述飛行器物理實體的狀態信息利用數字孿生技術在數字空間搭建與所述飛行器物理實體相匹配的飛行器虛擬模型；所述飛行器虛擬模型包括飛行器幾何模型、飛行器物理模型、飛行器行為模型和飛行器規則模型；

根據所述飛行器物理實體的狀態信息利用模型預測靜態規劃技術對所述飛行器虛擬模型的參數進行修正，得到模型參數修正量；

根據所述模型參數修正量對所述飛行器物理實體進行容錯控制。

可選地，所述根據所述飛行器物理實體的狀態信息利用數字孿生技術在數字空間搭建與所述飛行器物理實體相匹配的飛行器虛擬模型，具體包括：

將所述狀態信息中的飛行器幾何尺寸和飛行器舵面之間的位置關系利用數字孿生技術映射到數字空間，得到所述飛行器幾何模型；

將所述狀態信息中的飛行器結構參數利用數字孿生技術映射到數字空間，得到所述飛行器物理模型；

將所述狀態信息中的飛行器飛行環節數據和飛行狀態數據利用數字孿生技術映射到數據空間，得到所述飛行器行為模型和所述飛行器規則模型。

可選地，所述根據所述飛行器物理實體的狀態信息利用模型預測靜態規劃技術對所述飛行器虛擬模型的參數進行修正，得到模型參數修正量，具體包括：

根據所述飛行器物理實體的狀態信息和所述飛行器絮凝模型輸出的預測值得到預測誤差；

對所述預測誤差進行泰勒展開和參數估計，得到系統參數誤差與預測輸出誤差之間的關系；