復雜飛行器魯棒容錯控制技術(shù)研究.pdf

1、目前,隨著科學技術(shù)快速發(fā)展與進步,飛行器變得越來越復雜,人們對復雜飛行器的安全性、可靠性及可維護性要求越來越高。為了大量的減少災(zāi)難性事故發(fā)生、減少社會經(jīng)濟損失以及保障人民的生命安全,飛行控制系統(tǒng)的主動容錯控制技術(shù)為解決復雜飛行器飛行安全問題提供了一條選擇之路。在過去的幾十年里,復雜控制系統(tǒng)的故障診斷與容錯控制技術(shù)得到了長足發(fā)展,尤其最近十幾年,伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模式識別、機器學習和各種先進控制算法的快速發(fā)展,許多新方法和新技術(shù)被引入

2、到該研究領(lǐng)域中,大大豐富了飛行控制系統(tǒng)主動容錯控制技術(shù)的研究內(nèi)容。
　　目前美、俄、法、英、日等航空航天強國對各種復雜飛行器的研究投入了大量的人力和物力,并已取得了大量的研究成果,有些關(guān)鍵性技術(shù)已進入工程化驗證階段。我國作為一個世界性大國,應(yīng)該加大力度發(fā)展以之相關(guān)的各項關(guān)鍵性技術(shù),以便進行技術(shù)儲備。本研究主要是在基于前人已有的研究基礎(chǔ)上,針對固定翼飛行器和多旋翼飛行器,進一步研究主動魯棒容錯控制技術(shù)。本文研究內(nèi)容主要分為如下五部分

3、:
　　第一:針對近空間飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng),基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和指令濾波反演方法,提出一種魯棒容錯控制方法,首先給出近空間飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)的數(shù)學模型,并在此基礎(chǔ)上考慮建模誤差引起的不確定和外部干擾,及操縱面故障下NSV姿態(tài)控制系統(tǒng)的狀態(tài)方程。主要的設(shè)計涉及兩個單元,一個是輔助系統(tǒng)的設(shè)計,一個是基于輔助系統(tǒng)的控制器的設(shè)計。輔助系統(tǒng)引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確保輔助系統(tǒng)的魯棒性。并且通過 Lyapunov定理嚴格證明閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。最后在近空間飛

4、行器姿態(tài)控制系統(tǒng)上進行Matlab仿真驗證,仿真結(jié)果顯示所提的方法可以使得具有外部干擾的不確定飛控系統(tǒng)在操縱面損傷下具有理想的容錯跟蹤性能。
　　第二:針對近空間飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng),并考慮飛行器的操縱面偏轉(zhuǎn)的位置飽和和速率約束?；趧討B(tài)控制分配方法,提出在發(fā)生操縱面卡死和損傷故障情況下的控制重新分配方法。其中偽控制器的設(shè)計采用動態(tài)逆控制,整體容錯控制架構(gòu)仍然采用第二章所提的框架。首先給出系統(tǒng)建模誤差引起的不確定和外部干擾,及操縱面

5、卡死和損傷故障下的NSV姿態(tài)控制系統(tǒng)角速率控制回路的數(shù)學模型。分別設(shè)計操縱面卡死故障診斷器和一個自適應(yīng)滑模觀測器,并將隱含的故障和干擾信息反饋給偽控制器和動態(tài)控制分配算法,以實現(xiàn)操縱面卡死和損傷故障下的容錯控制。最后在近空間飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)上進行Matlab仿真驗證,仿真結(jié)果顯示所提的方法的有效性。
　　第三:針對近空間飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng),考慮作動器控制回路動態(tài),基于分散式容錯控制框架,設(shè)計飛控系統(tǒng)的作動器的損傷和卡死故障檢測和

6、辨識單元,和基于觀測器的輔助系統(tǒng)單元,該輔助系統(tǒng)用來將操縱面損傷故障和干擾隱含進去。設(shè)計一個可重構(gòu)容錯控制器的用來實現(xiàn)飛行控制系統(tǒng)的容錯控制。首先給出系統(tǒng)在作動器卡死,損傷,和操縱面損傷故障下的NSV姿態(tài)控制系統(tǒng)。其次設(shè)計一種多觀測器的作動器回路故障檢測和辨識單元,利用一種決策機制判斷當前所發(fā)生的確切作動器故障形式。接著基于自適應(yīng)滑模觀測器隱含操縱面損傷故障和干擾信息,所得到個故障和隱含信息實時反饋給可重構(gòu)控制器以實現(xiàn)各種類型故障下的容

7、錯控制。并且通過 Lyapunov定理嚴格證明閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。最后在近空間飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)上進行Matlab仿真驗證,仿真結(jié)果顯示所提的方法的有效性。
　　第四:針對非仿射非線性飛行控制系統(tǒng),提出一種非仿射非線性魯棒容錯控制方法。該方法利用第二章所提的容錯控制框架,并在此基礎(chǔ)上,首先基于觀測器技術(shù)設(shè)計一種將參數(shù)信息和干擾信息隱含其中的輔助系統(tǒng)設(shè)計控制器,其次給出一種非仿射非線性可重構(gòu)控制器設(shè)計方法,實現(xiàn)非仿射非線性系統(tǒng)的魯棒自