[发明专利]基于动态控制重新分配的飞行器姿态容错控制方法

摘要

本发明公开了一种基于动态控制重新分配的飞行器姿态容错控制方法，首先给出近空间飞行器X‑33的姿态角速率回路动态方程，建立了操纵面卡死和损伤故障模型；而后根据姿态角速率回路的操纵面损伤故障模型设计了自适应滑模观测器；并联立姿态角回路和所设计的观测器动态方程，设计角度环控制器和角速度环控制器。本发明不需要精确的损伤故障信息和干扰等信息，而是将其均隐含在所设计的自适应滑模观测器中，并实时的将隐含信息反馈给伪控制律和在线分配算法LMI，从而实现鲁棒容错控制。最后将所设计的方法分别应用于操纵面故障情况的近空间飞行器姿态稳定控制和跟踪控制中，实现了飞行姿态鲁棒容错控制，并达到了良好的控制性能和效果。

主权项

一种基于动态控制重新分配的飞行器姿态容错控制方法，其特征在于，该基于动态控制重新分配的飞行器姿态容错控制方法包括：首先给出近空间飞行器X‑33的姿态角速率回路动态方程，建立操纵面卡死和损伤故障模型；根据姿态角速率回路的操纵面损伤故障模型设计了自适应滑模观测器；联立姿态角回路和所设计的观测器动态方程，获得角度环控制器和角速度环控制器；建立操纵面卡死和损伤故障建模方法如下：操纵面损伤故障，定义故障后的实际上每个控制通道的控制作用为：uiΞ=σiui,σi∈[σ‾i,σ‾i]0≤σ‾i≤1,σ‾i≥1,i=1,...8---(2.19)]]>其中σi为未知的常数，当则认为故障未发生；于是实际控制通道作用表示为：uΞ＝[σ1u1,…,σ8u8]＝Ξu        (2.20)其中Ξ＝diag[σ1,…,σ8]，则X‑33的操纵面损伤模型表示为：x·1=f1(x1)+g1(x1)x2x·2=f2(x1,x2)+g2(x1,x2)Ξu+d(x1,x2,t)---(2.21)]]>定义U＝diag[u1,…,u8]，σ＝[σ1,…,σ8]T，则(2.21)又表示为如下形式：x·1=f1(x1)+g1(x1)x2x·2=f2(x1,x2)+g2(x1,x2)Uσ+d(x1,x2,t)---(2.22)]]>得到操纵面损伤下的故障模型为：x·=F(x)+G(x)Du+η(x,t)---(3.4)]]>其中D＝diag(d1,d2,…,d8)，di表示第i个操纵面上的损伤因子，如果机械连接部分正常，则使得电液压驱动装置同样卡死在某个位置不能发生移动，作动器发生卡死，用如下一阶惯性环节来加以表示：u·i=-λi(ui-uci)---(3.5)]]>其中ui为作动器的实际输出，uci为作动器的输出指令；利用奇异摄动理论对(3.5)进行降阶，失效和卡死故障联合表示为：ui=σiIiuci+(1-σi)u‾i---(3.6)]]>其中σi＝0或者1，0代表发生卡死故障，1代表操纵面未发生卡死故障；ui为作动器的实际输出；u为系统的控制输入；x1和x2均为系统的状态变量；g1(x1)为系统的控制增益矩阵；f1(x1)为系统的名义矩阵；f2(x1,x2)为系统的名义矩阵；g2(x1,x2)为系统的控制增益矩阵；d(x1,x2,t)为系统随时间变化的外界干扰；x为系统的状态；F(x)是f1(x1)和f2(x2)复合矩阵；G(x)是g1(x1)和g2(x2)复合矩阵；Ii为系统干扰；η(x,t)为系统的复合干扰；λi为作动器机构用一阶惯性环节的描述系数；为作动器的理论输出。