無(wú)人直升機(jī)傳感器故障診斷與容錯(cuò)控制方法研究.pdf

1、當(dāng)前，無(wú)人機(jī)發(fā)展如火如荼，無(wú)人直升機(jī)由于能夠垂直起降、能夠低速飛行、定點(diǎn)懸停的優(yōu)勢(shì)應(yīng)用更加廣泛，發(fā)展勢(shì)頭更加迅猛。國(guó)際國(guó)內(nèi)各大科研院機(jī)構(gòu)爭(zhēng)相研發(fā)新型無(wú)人直升機(jī)，投入到民用或者軍用。
　　但是由于無(wú)人直升機(jī)平臺(tái)的具有強(qiáng)干擾、強(qiáng)振動(dòng)等惡劣的工作環(huán)境。其飛行控制器對(duì)于傳感器的要求較高。一旦發(fā)生傳感器故障，會(huì)導(dǎo)致無(wú)人直升機(jī)的誤控制甚至失控墜機(jī)。所以就出現(xiàn)了針對(duì)無(wú)人直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)的傳感器故障診斷與容錯(cuò)控制。無(wú)人直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)的傳感器

2、故障診斷與容錯(cuò)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(jì)，一旦有傳感器故障就用余度傳感器代替故障傳感器，實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)控制。由于無(wú)人直升機(jī)的成本和載重有限，這樣多余度故障診斷與容錯(cuò)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(cuò)控制方法。該方法只需要一套傳感器就可以實(shí)現(xiàn)，大大降低了無(wú)人直升機(jī)的成本。主要的研究過程如下：
　　首先針對(duì)某型無(wú)人直升機(jī)建立數(shù)學(xué)模型，為后面仿真驗(yàn)證該故障診

3、斷與容錯(cuò)控制方法做準(zhǔn)備。又分析了無(wú)人直升機(jī) 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(jìn)一步提出無(wú)人直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)傳感器故障診斷與容錯(cuò)控制方法：利用所建立的無(wú)人直升機(jī)模型，設(shè)計(jì)全維主觀測(cè)器和針對(duì)每個(gè)輸出的降維觀測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人直升機(jī)模型的解耦輸出。求出全維主觀測(cè)器與無(wú)人直升機(jī)模型輸出的主殘差，以及各個(gè)降維觀測(cè)器解耦輸出與無(wú)人直升機(jī)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(duì)比次殘差，此時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)只有發(fā)生故障傳感器所對(duì)應(yīng)的那個(gè)降維觀測(cè)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(shí)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(hào)）來代替故障傳感器的輸出值。然后將重構(gòu)信號(hào)反饋給無(wú)人直升機(jī)飛行控制器。無(wú)人直升機(jī)飛行控制算法采用滑模變結(jié)構(gòu)控制算法，這樣會(huì)針對(duì)每一種傳感器故障模型切換到相應(yīng)的滑模面進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)更好的容錯(cuò)控制。最后利用Matlab的GUI環(huán)境建