導(dǎo)航系統(tǒng)故障檢測(cè)與診斷及其相關(guān)理論問(wèn)題的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)和航空航天技術(shù)的發(fā)展，對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的精度和可靠性要求越來(lái)越高。采用誤差補(bǔ)償技術(shù)和容錯(cuò)技術(shù)是提高導(dǎo)航系統(tǒng)精度和可靠性的重要措施。本論文的研究旨在追蹤國(guó)際國(guó)內(nèi)前沿，重點(diǎn)研究導(dǎo)航系統(tǒng)故障檢測(cè)與診斷方法以及高動(dòng)態(tài)環(huán)境下捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(SINS)的不可交換誤差——圓錐誤差和劃船誤差的補(bǔ)償技術(shù)。受第二炮兵工程學(xué)院的委托，對(duì)捷聯(lián)慣性組件(陀螺和加速度計(jì))誤差系數(shù)的驗(yàn)前數(shù)據(jù)分析及其概率統(tǒng)計(jì)建模也作了初步探索。 對(duì)S

2、INS中冗余配置的傳感器量測(cè)系統(tǒng)的軟故障，研究了目前常用的廣義似然比檢驗(yàn)(GLT)和最優(yōu)奇偶向量檢驗(yàn)(OPT)方法，主要討論兩種方法的有效性問(wèn)題。首先，對(duì)由同類型同精度的單軸傳感器構(gòu)成的冗余量測(cè)系統(tǒng)，研究了兩種方法故障隔離函數(shù)之間的關(guān)系，指出OPT方法進(jìn)行故障檢測(cè)存在的問(wèn)題，從理論上分析了出現(xiàn)此問(wèn)題的原因。進(jìn)而，對(duì)OPT方法中的故障檢測(cè)函數(shù)進(jìn)行了修正。證明了用修正后的OPT方法和GLT方法進(jìn)行故障檢測(cè)和隔離是完全等效的。其次，對(duì)于一般的

3、傳感器冗余測(cè)量系統(tǒng)，證明了當(dāng)故障輸入陣和量測(cè)噪聲輸入陣之間成倍數(shù)關(guān)系時(shí)，兩種方法的故障檢測(cè)與隔離效果也是完全相同的。最后，為了研究更一般情況下GLT方法和OPT方法的故障檢測(cè)與隔離(FDI)效果，將它們應(yīng)用于雙軸陀螺傳感器冗余量測(cè)系統(tǒng)，并進(jìn)行了仿真試驗(yàn)，得出了許多有意義的結(jié)論和滿意的結(jié)果。 對(duì)基于系統(tǒng)量測(cè)方程和狀態(tài)方程的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，研究了系統(tǒng)的魯棒故障檢測(cè)與診斷(FDD)問(wèn)題。首先，分析了系統(tǒng)魯棒故障檢測(cè)殘差設(shè)計(jì)的基本原理及其性

4、能指標(biāo)。然后，根據(jù)魯棒設(shè)計(jì)原理，將OPT方法進(jìn)行推廣，設(shè)計(jì)出對(duì)系統(tǒng)特定故障類型敏感、而對(duì)其它故障和量測(cè)噪聲不敏感的魯棒奇偶?xì)埐睿玫搅唆敯鬎DD方法。最后，將魯棒FDD方法和常用的FDD方法應(yīng)用于組合導(dǎo)航系統(tǒng)，通過(guò)Monte-Calro仿真，對(duì)提出的理論與方法進(jìn)行了驗(yàn)證。 討論了高動(dòng)態(tài)環(huán)境下，SINS中不可交換誤差的補(bǔ)償算法。首先，根據(jù)旋轉(zhuǎn)矢量微分方程，分析了不可交換誤差產(chǎn)生的根源，給出圓錐誤差補(bǔ)償量及其一般形式。其次，介紹了

5、算法的對(duì)偶性原理，根據(jù)算法的對(duì)偶性原理和圓錐誤差補(bǔ)償?shù)囊话阈问?，得到了陀螺和加速度?jì)任意子樣數(shù)下劃船誤差補(bǔ)償?shù)囊话阈问?。在?jīng)典的劃船運(yùn)動(dòng)條件下，對(duì)劃船誤差補(bǔ)償算法的系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到了優(yōu)化后的通用公式及其算法誤差主項(xiàng)?；谠摲椒梢猿浞掷脠A錐誤差算法的已有結(jié)果，由計(jì)算機(jī)編程計(jì)算得到劃船誤差補(bǔ)償?shù)娜我庾訕訑?shù)算法，無(wú)需繁瑣的重復(fù)推導(dǎo)，既方便又準(zhǔn)確。 基于新興的現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)理論，將Bootstrap方法和隨機(jī)加權(quán)法與數(shù)據(jù)融合理論結(jié)合起