[發明專利]一種發動機矢量推力失效下的飛行重構與容錯控制系統及方法

在審

• 申請號: 202310181062.6
• 申請日: 2023-02-28
• 公開（公告）號: CN116560208A
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 劉貞報;王寶棟;劉昕;王瀟;黨慶慶;趙聞
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05B9/03
• 分類號: G05B9/03
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 崔方方

1.一種發動機矢量推力失效下的飛行重構與容錯控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、利用無故障的發動機矢量推力歷史數據訓練門控循環單元網絡，將訓練好的門控循環單元網絡作為發動機矢量推力預測器；

步驟2、根據當前飛行數據，利用發動機矢量推力預測器估計重構值，利用實際發動機矢量推力數據與重構發動機矢量推力數據計算重構殘差值；

步驟3、利用3σ準則構建閾值生成器檢測重構殘差值；

若重構殘差值超過閾值，則判定發動機矢量推力已經失效，此時轉到步驟4，否則返回步驟(2)；

步驟4、建立修正的發動機推力矢量方程組及發動機模型；

步驟5、利用廣義最小方差控制方法對發動機進行容錯控制。

2.根據權利要求1所述的發動機矢量推力失效下的飛行重構與容錯控制方法，其特征在于，步驟4中建立修正的發動機推力矢量方程組及發動機模型為：

修正的發動機推力矢量方程組如式(12)所示：

其中，T代表發動機推力大小，T_x、T_y、T_z分別代表沿機體坐標軸三軸的推力分量，α_T為發動機推力矢量噴管沿飛機俯仰方向偏角；β_T為發動機推力矢量噴管沿飛機偏航方向偏角，為修正后的舵機俯仰偏轉控制信號，為修正后的舵機偏航偏轉控制信號；

采用Wiener模型對發動機本體建立的離散模型表示如式(15)所示：

其中，y(k)為k時刻的發動機輸出，u(k)為k時刻的發動機油門，u(k-d)為k-d時刻的發動機油門，ξ(k)為k時刻的獨立的隨機噪聲，d為被控對象時延，且d≥1，z^-i為后移算子，A(z^-1)、B(z^-1)及C(z^-1)為Hurwitz多項式，a_i、b_i、c_i為對應多項式系數。

3.根據權利要求2所述的發動機矢量推力失效下的飛行重構與容錯控制方法，其特征在于，根據發動機不同轉速區間，A(z^-1)、B(z^-1)和C(z^-1)中系數取值不同。

4.根據權利要求2所述的發動機矢量推力失效下的飛行重構與容錯控制方法，其特征在于，步驟5中利用廣義最小方差控制方法對發動機進行容錯控制，具體為：

構建目標函數如式(16)所示：

J＝E{[P(z^-1)y(k+d)-R(z^-1)y_d(k)+Q(z^-1)u(k)]²}?(16)

其中，y(k+d)為(k+d)時刻的發動機輸出，y_d(k)為k時刻參考輸入的加權多項式，P(z^-1)為實際輸出加權多項式，R(z^-1)為參考輸入加權多項式，Q(z^-1)為控制輸入加權多項式；

令目標函數達到最小的控制量u(k)如式(17)所示：

其中，L＝F(z^-1)B(z^-1)+C(z^-1)Q(z^-1)，M＝C(z^-1)R(z^-1)，N＝G(z^-1)，F(z^-1)與G(z^-1)為Diophantine方程的過渡加權多項式。

5.根據權利要求1所述的發動機矢量推力失效下的飛行重構與容錯控制方法，其特征在于，步驟1中所述門控循環單元網絡由循環神經網絡和門控單元構成，所述門控循環單元后設置有由單個神經元與Mish激活函數組成的回歸層。