[发明专利]一种航空器故障修正系统

权利要求书

1.一种航空器故障修正系统，其特征在于，包括航空器模型、故障注入模块、标称动态逆控制器、自适应容错控制器和双反馈回路；其中，

所述双反馈回路包括内反馈回路和外反馈回路，所述外反馈回路包括自适应故障诊断模块；

所述故障注入模块，用于将故障注入到航空器模型的升降舵上，使所述航空器模型产生升降舵故障，获得带故障的所述航空器模型；

当发生故障时，所述自适应故障诊断模块，用于对所述航空器模型进行故障诊断，获得修正后的舵面效率损失故障估计值；所述标称动态逆控制器，利用修正后的舵面效率损失故障估计值，将自身重构为所述自适应容错控制器；所述自适应容错控制器，用于输出补偿控制指令，对所述升降舵故障进行修复；

所述自适应故障诊断模块，包括俯仰角速率通道检测观测器、俯仰角速率残差阈值模块、自适应故障估计器和改进后的自适应故障估计器；

所述俯仰角速率通道检测观测器，用于对所述实际俯仰角速率q进行观测，获得俯仰角速率观测误差e₁；

所述俯仰角速率残差阈值模块，用于基于所述俯仰角速率观测误差e₁，获得俯仰角速率残差r，并判断模型是否发生故障；

所述自适应故障估计器，描述为：

用于对所述俯仰角速率残差r进行处理，获得舵面效率损失故障估计值还用于利用所述舵面效率损失故障估计值对自身进行改进，得到所述改进后的自适应故障估计器；

其中，f_q(·)是俯仰通道的非线性状态函数,表示升降舵在俯仰通道的控制分配系数,是舵面效率损失故障估计值,δ_e是期望舵面输出值，表示推力矢量侧向舵在俯仰通道的控制分配系数,δ_z为推力矢量侧向舵舵面输出值,υ_c是额外控制信号；定义俯仰角速率状态误差和舵面效率损失故障的估计误差分别为：

其中，x₁＝q，q代表航空器的实际俯仰角速率，是x₁的观测值,λ代表升降舵的舵面效率损失故障；

由带故障的俯仰角速率子系统和自适应故障估计器的表达式，得到误差动态系统表示为：

关于误差动态系统的Lyapunov函数设计为：

所述额外控制信号，描述为：

υ_c＝ke₁,k＞0

其中，k是待改进的比例控制参数，Proj{·}是投影算子，将舵面效率损失故障估计值映射到区间[λ_min,λ_max]中；λ_min和λ_max是反复试验后确定的常见效率损失最小值和最大值；

将额外控制信号表达式代入Lyapunov函数得到：

基于舵面效率损失故障估计值得到舵面效率百分比η与比例控制参数k的对应关系；拟合得到比例控制参数k关于舵面效率百分比η的关系式：

k＝p₁η⁹+p₂η⁸+p₃η⁷+p₄η⁶+p₅η⁵+p₆η⁴+p₇η³+p₈η²+p₉η+p₁₀

其中，p₁～p₁₀为各阶拟合系数；通过上述对应关系求得改进后的比例控制参数k^*；

将改进后的比例控制参数k^*代入所述额外控制信号，完成对所述自适应故障估计器的改进，获得所述改进后的自适应故障估计器；

所述改进后的自适应故障估计器，用于对所述俯仰角速率残差进行处理，获得修正后的舵面效率损失故障估计值

所述自适应容错控制器u_FTC，描述为：

其中，表示被估计的效率损失故障矩阵；u_n为无故障时的所述标称动态逆控制器，描述为：

其中，f(x)为非线性状态函数，g(x)为非线性舵面分配函数，K_f为预设的主反馈回路控制参数，e_c满足：

e_c＝x_c-x

其中，x_c是期望角速率指令，x是实际角速率信号。