[发明专利]一种无人机飞行控制系统的故障可分离性评价方法

摘要

本发明涉及一种无人机飞行控制系统的故障可分离性评价方法。为了实现无人机飞行控制系统的优化设计，在无人机设计阶段需要评价系统故障分离的难易程度。本发明根据无人机飞行控制系统原理和故障类型建立无人机飞行控制系统模型；利用等价空间方法构建故障诊断残差产生器；利用不同故障引起的残差向量的余弦距离建立故障分离条件；利用残差向量的相似度定量评价故障分离的难易程度，将模式识别中距离相似度和方向相似度相结合，提出了改进故障可分离性定量评价指标。该评价方法能够综合评价不同故障引起的残差向量在距离和方向上的差异，为无人机系统设计及故障分离算法设计提供一种参考依据。

主权项

1.一种无人机飞行控制系统的故障可分离性评价方法，其特征在于：包括下列步骤：步骤1：根据无人机飞行控制系统原理，建立无人机线性离散定常飞行控制系统模型如下：其中，分别为状态变量、控制输入变量、输出变量、未知输入变量和故障变量，根据无人机飞行控制系统结构和飞行环境确定；n_x、n_u、n_y、n_d、n_f分别为x(k)、u(k)、y(k)、d(k)、f(k)的维数，k表示采样时刻，分别表示所有n_x、n_u、n_y、n_d、n_f维实数向量；d(k)包括噪声、大气扰动以及模型不确定性，假设无人机飞行控制系统中未知输入变量为线性互不相关的零均值高斯随机向量表示均值为0、协方差矩阵为Λ_d的高斯随机分布，0表示零矩阵或零向量，Λ_d为d的协方差矩阵；无人机飞行控制系统中故障变量f为l₂范数有界的确定性加性故障，且f_i(k),1≤i≤n_f为故障变量f(k)的第i个分量，f_i(k)≠0表示某执行器或传感器发生故障；A、B、C、D分别为无人机飞行控制系统的系统矩阵、输入矩阵、输出矩阵和传输矩阵，根据无人机飞行控制系统的结构和参数确定；B_f、D_f为根据系统故障f类型确定的已知矩阵或向量，B_d、D_d为根据系统未知输入d类型确定的已知矩阵或向量；步骤2：根据无人机飞行控制系统结构、参数和计算能力，确定等价空间阶数s∈N+，N+表示所有正整数，由步骤1所述的无人机线性离散定常飞行控制系统控制输入变量u(k)和输出变量y(k)的冗余关系，在等价空间中构建无人机飞行控制系统的等价方程；步骤3：对步骤2所述的无人机飞行控制系统的等价空间中等价方程进行等价变换，根据未知输入d和无人机飞行控制系统参数设计无人机飞行控制系统故障诊断残差产生器；步骤4：根据步骤3所述的无人机飞行控制系统故障诊断残差产生器计算未知输入d引起的残差向量rd和不同故障fi引起的标称残差向量rfi,1≤i≤nf，根据rd、rfi计算不同故障fi引起的残差向量ri,1≤i≤nf；步骤5：根据步骤4所述的不同故障引起的标称残差向量r_fi，建立故障f_i的故障检测条件，依次判断各故障能否满足故障检测条件，得到无人机飞行控制系统中可检测故障表示无人机飞行控制系统的可检测故障数；步骤6：根据步骤3所述的无人机飞行控制系统故障诊断残差产生器和等价空间中未知输入变量d_s的概率分布，计算未知输入d引起的残差向量r_d的概率分布，根据r_d的概率分布计算步骤5所述的无人机飞行控制系统可检测故障引起的残差向量的概率分布；步骤7：若无人机飞行控制系统中故障均不可检测或可检测故障数则系统中不含待分离故障对；若可检测故障数将无人机飞行控制系统中任意两个可检测故障构造待分离故障对；步骤8：从第一组待分离故障对开始，根据步骤7所述的待分离故障对中故障引起的残差向量和标称残差向量的方向差异，依次建立待分离故障对的故障分离条件，判断待分离故障对能否满足故障分离条件；步骤9：若待分离故障对满足步骤8所述的故障分离条件，计算待分离故障对的改进故障可分离性定量评价指标判断是否全部待分离故障对分析完毕，若是，则故障可分离性定量评价结束，否则回到步骤8继续计算，直至全部待分离故障对故障可分离性评价完毕。