基于反演控制的无人机容错控制方法研究
发布时间：2021-08-12 01:13
无人机的设计概念最早源于1914年英国一项“AT计划”的军事绝密计划,作为一种“机上无人,系统有人”的无人飞行器代替人类去执行复杂、艰巨和危险的任务,在众多领域担当重要角色。然而,由于飞行工作环境及机体本身极为复杂的特性,无人机在飞行及执行任务中,系统将不可避免地发生内部故障,随之导致的事故也较为严重。所以,为了尽可能的保证无人机的安全性和可靠性,无人机故障诊断和容错控制这一研究课题变得格外重要、有意义。本文基于反演控制的方法对含有执行器故障的无人机飞控系统设计容错控制算法,同时在Quanser无人工具的验证平台上测试所提方法的实际工程应用价值。本研究内容主要分为以下四部分:首先,大致对本课题的研究背景与研究意义做一个简单的介绍,对无人机飞控系统的容错控制技术研究现状进行概述。然后分析某型无人机的受力与受力矩情况,建立非线性数学模型。其次,考虑无人机飞控系统存在建模不确定性、外界干扰与执行器故障的情况,基于合理的假设条件下,利用自适应滑模观测器对故障进行诊断,基于反演控制算法,提出滑模动态面主动容错控制设计,重构姿态跟踪控制器,保证姿态控制系统的稳定性,实现系统在执行器故障的情况下能够...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
京东物流无人机
图 1.2 江西无人机编队秀越来越多人青睐的同时，无论是军用无人机还是民用无人机引发的安全事件也备机事故频发，不断牵动着人们的心。到目前为止，美国在阿富汗和伊拉克战争中架“收割者”和“掠夺者”无人机坠毁；美军基地在训练中又坠毁了 9 架。2017，昆明市公安局交警支队通报将使用新添置的无人机参与交通管理，这架无人机有侦能。但就在 9 月 1 日，昆明交警在官方微博上承认警用无人机坠毁在二环路上并致8 月 8 日下午，一直采用云 RTK 模式的极飞系列植保无人机，由于后台服务器负了宕机。大量正在地里作业的植保无人机因为失去信号，直接炸机。在各个行业领故都在发生，澳洲皇家墨尔本理工大学和埃迪斯科文大学的一项研究显示，无人罪魁祸首是技术故障，而非操作失误，可见技术故障问题不容小觑。执行器故障、控制器元部件故障等各种故障都在影响着无人机稳定飞行、安全完成任务。改故障的应变能力，减少故障对系统的影响，保障无人机正常飞行的安全性显得尤
+控制器 执行器 对象 传感器故障诊断输入 输出-—故障 故障 故障图 1.4 解析冗余容错技术核心机制解析冗余容错技术又可以细分为被动容错控制和主动容错控制两大类[13-15]。被动容错控制的特点是不需要故障诊断系统的介入，是指依照事先设想好被控系统可能出现的故障类型，调整好容错控制器的相关参数，从而当故障出现后整个被控系统能够容忍故障行为，对闭环系统的稳定性没有造成影响[16-20]。本质上属于鲁棒控制，因此，也具有鲁棒控制的缺点：保守性过大，控制精度不高；此外，如果由于传感器不准确而发生偏差，则会发生参考指令信号不可避免的偏差[21]。但胜在设计结构简单,快速响应，控制及时。根据故障发生的类型差别，大体将被动容错控制方法又分为三种类型：可靠镇定、完整性与联立镇定[22]。图 1.5 为被动容错控制方案。
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑有执行器故障和有界扰动的鲁棒自适应容错补偿控制(英文)[J]. 金小峥,杨尤红. 自动化学报. 2009(03)
[2]无人机系统建模仿真研究及应用[J]. 丁力军,丁海生,卞航. 航空科学技术. 2009(01)
硕士论文
[1]无人机自动起飞/着陆的控制技术研究[D]. 程士广.南京航空航天大学 2012
本文编号：3337275
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
京东物流无人机
图 1.2 江西无人机编队秀越来越多人青睐的同时，无论是军用无人机还是民用无人机引发的安全事件也备机事故频发，不断牵动着人们的心。到目前为止，美国在阿富汗和伊拉克战争中架“收割者”和“掠夺者”无人机坠毁；美军基地在训练中又坠毁了 9 架。2017，昆明市公安局交警支队通报将使用新添置的无人机参与交通管理，这架无人机有侦能。但就在 9 月 1 日，昆明交警在官方微博上承认警用无人机坠毁在二环路上并致8 月 8 日下午，一直采用云 RTK 模式的极飞系列植保无人机，由于后台服务器负了宕机。大量正在地里作业的植保无人机因为失去信号，直接炸机。在各个行业领故都在发生，澳洲皇家墨尔本理工大学和埃迪斯科文大学的一项研究显示，无人罪魁祸首是技术故障，而非操作失误，可见技术故障问题不容小觑。执行器故障、控制器元部件故障等各种故障都在影响着无人机稳定飞行、安全完成任务。改故障的应变能力，减少故障对系统的影响，保障无人机正常飞行的安全性显得尤
+控制器 执行器 对象 传感器故障诊断输入 输出-—故障 故障 故障图 1.4 解析冗余容错技术核心机制解析冗余容错技术又可以细分为被动容错控制和主动容错控制两大类[13-15]。被动容错控制的特点是不需要故障诊断系统的介入，是指依照事先设想好被控系统可能出现的故障类型，调整好容错控制器的相关参数，从而当故障出现后整个被控系统能够容忍故障行为，对闭环系统的稳定性没有造成影响[16-20]。本质上属于鲁棒控制，因此，也具有鲁棒控制的缺点：保守性过大，控制精度不高；此外，如果由于传感器不准确而发生偏差，则会发生参考指令信号不可避免的偏差[21]。但胜在设计结构简单,快速响应，控制及时。根据故障发生的类型差别，大体将被动容错控制方法又分为三种类型：可靠镇定、完整性与联立镇定[22]。图 1.5 为被动容错控制方案。
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑有执行器故障和有界扰动的鲁棒自适应容错补偿控制(英文)[J]. 金小峥,杨尤红. 自动化学报. 2009(03)
[2]无人机系统建模仿真研究及应用[J]. 丁力军,丁海生,卞航. 航空科学技术. 2009(01)
硕士论文
[1]无人机自动起飞/着陆的控制技术研究[D]. 程士广.南京航空航天大学 2012
本文编号：3337275
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