無人直升機傳感器故障診斷與容錯控制方法研究.pdf

1、當(dāng)前，無人機發(fā)展如火如荼，無人直升機由于能夠垂直起降、能夠低速飛行、定點懸停的優(yōu)勢應(yīng)用更加廣泛，發(fā)展勢頭更加迅猛。國際國內(nèi)各大科研院機構(gòu)爭相研發(fā)新型無人直升機，投入到民用或者軍用。
　　但是由于無人直升機平臺的具有強干擾、強振動等惡劣的工作環(huán)境。其飛行控制器對于傳感器的要求較高。一旦發(fā)生傳感器故障，會導(dǎo)致無人直升機的誤控制甚至失控墜機。所以就出現(xiàn)了針對無人直升機飛行控制系統(tǒng)的傳感器故障診斷與容錯控制。無人直升機飛行控制系統(tǒng)的傳感器

2、故障診斷與容錯控制有很多種方法，目前，最常用的就是傳感器多余度設(shè)計，一旦有傳感器故障就用余度傳感器代替故障傳感器，實現(xiàn)容錯控制。由于無人直升機的成本和載重有限，這樣多余度故障診斷與容錯控制系統(tǒng)就使其增加了成本，降低了任務(wù)能力。所以本論文提出了一種新的基于解析模型的故障診斷與容錯控制方法。該方法只需要一套傳感器就可以實現(xiàn)，大大降低了無人直升機的成本。主要的研究過程如下：
　　首先針對某型無人直升機建立數(shù)學(xué)模型，為后面仿真驗證該故障診

3、斷與容錯控制方法做準(zhǔn)備。又分析了無人直升機 IMU模塊傳感器的工作原理，分析并建立了IMU模塊傳感器的常見故障模型。進一步提出無人直升機飛行控制系統(tǒng)傳感器故障診斷與容錯控制方法：利用所建立的無人直升機模型，設(shè)計全維主觀測器和針對每個輸出的降維觀測器，實現(xiàn)對無人直升機模型的解耦輸出。求出全維主觀測器與無人直升機模型輸出的主殘差，以及各個降維觀測器解耦輸出與無人直升機模型輸出的次殘差。先應(yīng)用序貫概率比準(zhǔn)則判斷該主殘差，確定系統(tǒng)是否發(fā)生故障。

4、一旦確定發(fā)生故障，就對比次殘差，此時會發(fā)現(xiàn)只有發(fā)生故障傳感器所對應(yīng)的那個降維觀測器的輸出次殘差變化非常明顯，其他次殘差基本為零。這樣就確定了故障的傳感器，此時立即隔離故障傳感器，用其他傳感器輸出的加權(quán)值（重構(gòu)信號）來代替故障傳感器的輸出值。然后將重構(gòu)信號反饋給無人直升機飛行控制器。無人直升機飛行控制算法采用滑模變結(jié)構(gòu)控制算法，這樣會針對每一種傳感器故障模型切換到相應(yīng)的滑模面進行控制，實現(xiàn)更好的容錯控制。最后利用Matlab的GUI環(huán)境建