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。隨著航空技術的發(fā)展，航空器越來越多的擔負起復雜的飛行任務，經常用于進行高機動、長航時的飛行，甚至探索高/低溫區(qū)、強輻射區(qū)等惡劣環(huán)境區(qū)域。相應的航空器中的飛控系統(tǒng)越來越精密而復雜，在規(guī)劃設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級為故障自修復和飛行環(huán)境自適應能力?？梢姲l(fā)達國家對

2、航空器的故障診斷和調節(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、定位和調節(jié)的理論和算法，并構建了一套飛控系統(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)中故障診斷技術的研究背景與發(fā)展現(xiàn)狀，然后對故障診斷技術進行了分類介紹,并對故障診斷技術在航空領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)故障診斷技術的基本方法,給出了用于故障診斷的觀測器的通用結構，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性角度,經推導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)傳感器組故障進行檢測并對故障進行定位和隔離。
　　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，研究了基于自適應觀測器的故障診斷方法，設計了相應的自適應律以估計故障,并對估計的一致漸近性進行了證明。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。然后給出了相應算法的仿真分析。
　　最后，本文還構建了一套飛行控制系統(tǒng)故障