基于模型的飛行控制系統(tǒng)故障診斷方法研究.pdf

1、航空器作為國防和民用的常用空中平臺，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主要方面。隨著航空技術(shù)的發(fā)展，航空器越來越多的擔(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、長航時的飛行，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)越來越精密而復(fù)雜，在規(guī)劃設(shè)計時就要求考慮使其具備一定的故障檢測和診斷的能力。美國無人機(jī)自主等級劃分中,第2級即為實時故障診斷能力，第3級為故障自修復(fù)和飛行環(huán)境自適應(yīng)能力?？梢姲l(fā)達(dá)國家對

2、航空器的故障診斷和調(diào)節(jié)功能的重視。本文針對飛行控制系統(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、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證平臺，用于飛控系統(tǒng)故障診斷綜合技術(shù)驗證。
　　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，然后對故障診斷技術(shù)進(jìn)行了分類介紹,并對故障診斷技術(shù)在航空領(lǐng)域的運用情況作了介紹，分析了飛行控制系統(tǒng)常見的故

3、障形式和特點。
　　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器的通用結(jié)構(gòu)，給出了觀測器狀態(tài)等價的定義，并依此對觀測器有效的必要條件進(jìn)行了理論上的分析和證明。然后針對一個飛控系統(tǒng)的線性模型用仿真例子說明了采用觀測器方法進(jìn)行故障檢測的工作過程和故障檢測效果。
　　從線性系統(tǒng)模型輸出信號的時間序列相關(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所需的冗余度，提出基于奇偶空間法動態(tài)調(diào)整時間窗口長度的算法，能有效的對飛控系統(tǒng)傳感器組故障進(jìn)行檢測并對故障進(jìn)行定位和隔離。
　　針對飛控系統(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，通過對系統(tǒng)模型不確定性部分進(jìn)行補償，使故障觀測器實現(xiàn)魯棒故障檢測與故障隔離。針對不穩(wěn)定的飛機(jī)動態(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，并用仿真驗證了該算法的有效性。
　　針對飛控系統(tǒng)的離散模型，研究了基于自適應(yīng)觀測器的故障診斷方法，設(shè)計了相應(yīng)的自適應(yīng)律以估計故障,并對估計的一致漸近性進(jìn)行了證明。然后對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)觀測器的故障檢測和故障估計方法，給出了觀測器誤差收斂的條件。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