[发明专利]一种主动指向超静平台自主故障诊断与容错控制方法及系统

权利要求书

1.一种主动指向超静平台自主故障诊断与容错控制方法，其特征在于步骤如下：

(1)在主动指向超静平台作动器空间内建立主动指向超静平台动力学模型；

(2)忽略主动指向超静平台动力学模型中速度的关联项，将步骤(1)建立的主动指向超静平台动力学模型转换为新的线性模型；

(3)建立主动指向超静平台中作动器平动位移和载荷位姿的运动学约束关系；

(4)根据步骤(3)主动指向超静平台中作动器平动位移和载荷位姿的关系，确定主动指向超静平台作动器操纵律分配矩阵；具体为：

根据步骤(3)主动指向超静平台中作动器平动位移δl和载荷位姿δχ的关系，建立主动指向超静平台作动器操纵律分配矩阵G，具体如下：

式中，J(i,j)矩阵的J的第(i，j)个元素，ρ＝[ρ₁,ρ₂,...ρ_r]^T为包含指向自由度的子向量，ρ_num＝[ρ_num1,ρ_num2,...ρ_numr]^T为对应于ρ的相应单元编号向量，当主动指向超静平台仅进行载荷滚动-俯仰(θ_x和θ_y)两自由度控制时，作动器操纵律分配矩阵G为6×2维常数矩阵；

(5)判断主动指向超静平台中作动器是否故障，若有故障找出故障的作动器编号；定义故障作动器向量和冗余自由度向量，建立故障作动器向量转换为指向自由度约束关系；确定步骤(3)中的主动指向超静平台中作动器平动位移与指向自由度和冗余自由度的约束关系，并进行步骤(6)；若无故障，表示主动指向超静平台正常工作，进入步骤(8)；

判断主动指向超静平台中作动器是否故障，具体如下：

主动指向超静平台的载荷三轴姿态为θ_p，则载荷六自由度位姿δχ＝[0_3×1 θ_p]^T，则作动器的平动位移理论值δl＝[δl₁ … δl₂]^T计算为：

δl＝Jδχ

定义各作动器刚度系数为K_m＝[k_m1,…,k_m6]^T，作动器执行机构电流-力系数为K_f＝[k_f1,…,k_f6]^T，则作动器执行机构理论输出电流I＝[i₁,…,i₆]^T可计算为

i_i＝δl_ik_m1/k_fi (i＝1,2,…,6)

主动指向超静平台各作动器的输出电流测量值为I_m＝[i_m1,…,i_m6]^T；定义作动器涡流故障失效标志为F_t＝[F_t1,…,F_t6]^T；

F_ti＝|i_mi/i_i|

当F_tminF_tiF_tmax，则定位为第i个作动器执行机构故障；

(6)根据步骤(4)主动指向超静平台作动器操纵律分配矩阵和步骤(5)的主动指向超静平台中作动器平动位移δl与指向自由度和冗余自由度的约束关系、故障作动器的数量与指向自由度的约束关系，建立故障时主动指向超静平台新的作动器操纵律分配矩阵；

(7)通过故障时主动指向超静平台新的作动器操纵律分配矩阵，采用PID控制去补偿故障作动器，实现主动指向超静平台的容错控制；

(8)通过步骤(4)主动指向超静平台作动器操纵律分配矩阵，采用PID控制，实现主动指向超静平台的控制。