[发明专利]飞行器纵向运动故障诊断和容错控制方法

摘要

本发明给出了一种飞行器纵向运动故障诊断和容错控制方法，该方法按照飞行器无故障时的模型和状态组合指标判别式进行故障诊断；飞行器出现故障时首先对故障分类，再针对确定的故障类别分析飞行器全机参数和飞行动力学特性的影响，然后重新对故障发生后突变系统建模，得到飞行器出现故障时新的模型描述；容错控制器的设计方法为设计出的控制量使得无故障模型输出达到军标要求，且该控制量和飞行器故障引起的非人为附加控制量共同组成的飞行器出现故障时的控制输入使得飞行器出现故障时新的模型输出稳定。

主权项

一种飞行器纵向运动故障诊断和容错控制方法，其特点是包括以下步骤：(a)飞行器无故障时纵向运动的非线性模型为： h · = V T sin ( θ - α ) V · T = QS m [ C x ( α , δ ) cos α + C z ( α , δ ) sin α ] - g sin ( θ - α ) α · = q + QS m V T [ C z ( α , δ ) cos α - C x ( α , δ ) sin α ] + g cos ( θ - α ) / V T θ · = q q · = QSc l I y C m ( α , δ ) - - - ( 1 ) 式中：状态变量h，VT，α，θ，q分别表示飞行高度、飞行速度、气流迎角、俯仰角、俯仰角速度；g为重力加速度；Q，S，m，cl，Iy分别表示动压、机翼面积、飞行器质量、平均气动弦长、绕机体轴系Y轴的转动惯量；Cx(α，δ)，Cz(α，δ)，Cm(α，δ)分别表示纵向力、法向力和俯仰力矩；δ为控制量；(b)故障检出方法为：当状态组合指标J≥1，则判定飞行器有故障；其中： J = sign [ Σ i = k k + N | h pre ( i ) - h out ( i ) | - Δh t ] + sign [ Σ i = k k + N | V Tpre ( i ) - V Tout ( i ) | - ΔV Tt ] + sign [ Σ i = k k + N | α pre ( i ) - α out ( i ) | - Δ α t ] + sign [ Σ i = k k + N | θ pre ( i ) - θ out ( i ) | - Δ θ t ] + - - - ( 2 ) sign [ Σ i = k k + N | q pre ( i ) - q out ( i ) | - Δq t ] hpre(i)，VTpre(i)，αpre(j)，θpre(j)，qpre(i)分别为根据(1)式在时间t=iT(i=k，k+1，…，N)计算得到的h，VT，α，θ，q值；hout(j)，VTout(i)，αout，(i)，θout(i)，qout(i)为在时间t=iT(i=k，k+1，…，N)实际测量得到的h，VT，α，θ，q值，Δht，ΔVTt，Δαt，Δθt，Δqt为设定的检测阈值； sign ( x ) = 1 x > 0 0 x ≤ 0 为符号函数；k表示第k个采样点，对应采样时间为t=kT；N+1为设定误差累计个数，T为采样周期；(c)飞行器出现故障时首先对故障分类，再针对确定的故障类别分析飞行器全机参数和飞行动力学特性的影响，然后重新对故障发生后突变系统建模， 得到飞行器出现故障时纵向运动新的非线性模型描述为： h · = V T sin ( θ - α ) V · T = Q S f m f [ C xf ( α , δ f ) cos α + C zf ( α , δ f ) sin α ] - g sin ( θ - α ) α · = q + Q S f m f V T [ C zf ( α , δ f ) cos α - C xf ( α , δ f ) sin α ] + g cos ( θ - α ) / V T θ · = q q · = Q S f c lf I yf C mf ( α , δ f ) - - - ( 3 ) 式中：Sf，mf，clf，Iyf分别表示飞行器出现故障时的机翼面积、飞行器质量、平均气动弦长、绕机体轴系Y轴的转动惯量；Cxf(α，δf)，Czf(α，δf)，Cmf(α，δf)分别表示飞行器出现故障时的纵向力、法向力和俯仰力矩； δ f = δ δ apf 飞行器出现故障时的控制输入，飞行器故障引起的非人为附加控制量δapf；(d)容错控制器的设计方法为：设计出的控制量δ使得非线性模型(1)式稳定裕度达到军标要求，且该控制量δ和飞行器故障引起的非人为附加控制量δapf共同组成的飞行器出现故障时的控制输入 δ f = δ δ apf 吏得非线性模型(3)式输出稳定。