基于模型的飛行控制系統(tǒng)故障診斷方法研究.pdf

1、航空器作為國(guó)防和民用的常用空中平臺(tái)，其基本功能包括任務(wù)管理、故障診斷和有效載荷操作三個(gè)主要方面。隨著航空技術(shù)的發(fā)展，航空器越來(lái)越多的擔(dān)負(fù)起復(fù)雜的飛行任務(wù)，經(jīng)常用于進(jìn)行高機(jī)動(dòng)、長(zhǎng)航時(shí)的飛行，甚至探索高/低溫區(qū)、強(qiáng)輻射區(qū)等惡劣環(huán)境區(qū)域。相應(yīng)的航空器中的飛控系統(tǒng)越來(lái)越精密而復(fù)雜，在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)就要求考慮使其具備一定的故障檢測(cè)和診斷的能力。美國(guó)無(wú)人機(jī)自主等級(jí)劃分中,第2級(jí)即為實(shí)時(shí)故障診斷能力，第3級(jí)為故障自修復(fù)和飛行環(huán)境自適應(yīng)能力。可見發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)

2、航空器的故障診斷和調(diào)節(jié)功能的重視。本文針對(duì)飛行控制系統(tǒng)的執(zhí)行器故障和傳感器故障，研究了基于模型方法的故障檢測(cè)、診斷、定位和調(diào)節(jié)的理論和算法，并構(gòu)建了一套飛控系統(tǒng)故障診斷半物理仿真驗(yàn)證平臺(tái)，用于飛控系統(tǒng)故障診斷綜合技術(shù)驗(yàn)證。
　　文中首先綜述了航空行業(yè)中故障診斷的重要性和意義，并介紹了動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中故障診斷技術(shù)的研究背景與發(fā)展現(xiàn)狀，然后對(duì)故障診斷技術(shù)進(jìn)行了分類介紹,并對(duì)故障診斷技術(shù)在航空領(lǐng)域的運(yùn)用情況作了介紹，分析了飛行控制系統(tǒng)常見的故

3、障形式和特點(diǎn)。
　　文中介紹了基于模型方法的控制系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的基本方法,給出了用于故障診斷的觀測(cè)器的通用結(jié)構(gòu)，給出了觀測(cè)器狀態(tài)等價(jià)的定義，并依此對(duì)觀測(cè)器有效的必要條件進(jìn)行了理論上的分析和證明。然后針對(duì)一個(gè)飛控系統(tǒng)的線性模型用仿真例子說(shuō)明了采用觀測(cè)器方法進(jìn)行故障檢測(cè)的工作過(guò)程和故障檢測(cè)效果。
　　從線性系統(tǒng)模型輸出信號(hào)的時(shí)間序列相關(guān)性角度,經(jīng)推導(dǎo)后給出了傳感器通道的系統(tǒng)可診斷性的定義和條件，放寬了觀測(cè)矩陣列滿秩的條件。為了

4、保證系統(tǒng)能滿足傳感器故障檢測(cè)所需的冗余度，提出基于奇偶空間法動(dòng)態(tài)調(diào)整時(shí)間窗口長(zhǎng)度的算法，能有效的對(duì)飛控系統(tǒng)傳感器組故障進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)故障進(jìn)行定位和隔離。
　　針對(duì)飛控系統(tǒng)的非線性連續(xù)模型，本文提出了一種基于微分幾何方法的魯棒故障診斷算法，通過(guò)在狀態(tài)和輸出間同胚變換，將原系統(tǒng)模型降為“能觀商子系統(tǒng)”，使得特定通道的故障與其它通道故障解耦，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)模型不確定性部分進(jìn)行補(bǔ)償，使故障觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)魯棒故障檢測(cè)與故障隔離。針對(duì)不穩(wěn)定的飛機(jī)動(dòng)態(tài)模

5、型，提出了用反饋控制使系統(tǒng)滿足通道解耦的必要條件，并用仿真驗(yàn)證了該算法的有效性。
　　針對(duì)飛控系統(tǒng)的離散模型，研究了基于自適應(yīng)觀測(cè)器的故障診斷方法，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的自適應(yīng)律以估計(jì)故障,并對(duì)估計(jì)的一致漸近性進(jìn)行了證明。然后對(duì)于離散模型中含有滿足 Lipschiz條件的非線性特性情況，研究了基于自適應(yīng)觀測(cè)器的故障檢測(cè)和故障估計(jì)方法，給出了觀測(cè)器誤差收斂的條件。然后給出了相應(yīng)算法的仿真分析。
　　最后，本文還構(gòu)建了一套飛行控制系統(tǒng)故障