基于自适应控制的飞机多故障自修复控制方法研究

发布时间：2017-09-25 17:34

  本文关键词：基于自适应控制的飞机多故障自修复控制方法研究

  更多相关文章： 飞机 执行器故障 参数不确定性 外部干扰 自适应容错控制 观测器

【摘要】：由于飞行器的复杂性,其控制系统具有非线性、强耦合、不确定性大等特点。在飞行中,飞行器易发生故障,此时,由于稳定性下降,飞行器有同时发生多种故障的可能性。因此,研究飞行器多故障下的自修复控制系统具有重要意义。固定翼飞机和旋翼直升机具有不同的故障表现形式,控制策略设计也有一定区别。考虑不同飞行器及不同控制体系的区别,本文针对高超声速飞行器高度跟踪系统、三自由度直升机姿态系统及四旋翼直升机位置姿态系统,分别研究了以下三个方面:(1)针对飞行器受到的外部干扰,设计了基础控制律;(2)针对建模不确定性及元部件故障,设计了鲁棒自修复控制器;(3)针对部分或完全失效等执行器多故障,基于自适应控制,设计了自修复方案。针对高超声速飞行器高度系统的外部干扰、建模不确定性及执行器完全失效问题,提出了支持向量机鲁棒自适应的容错控制方法。首先,针对非线性模型,设计了针对执行器突变故障的可靠控制方案,保证在突变故障的时间、类型和故障模式未知的情况下可达到容错的目的。其次,利用支持向量机泛化能力强的优点,学习了模型的状态误差,并采用基于伪输入思想的自适应参数调节法,补偿了由于建模不确定性、其他缓变故障造成的系统误差。针对三自由度直升机姿态系统的外部干扰、建模不确定性及执行器部分失效问题,本文通过机理分析法,考虑姿态角之间的复杂耦合情况,对原有线性模型重新进行了非线性建模;然后,拓展模型参考自适应方法,设计了补偿算法及自适应律,使系统在执行器失效故障、系统故障、干扰均未知的情况下,逐一补偿上述问题引起的跟踪误差,改善控制器的抗干扰特性和自修复能力,在模型参数未知的情况下,保证了系统的跟踪性能。针对四旋翼直升机姿态和位置系统的外部干扰、建模不确定性及执行器部分失效问题,由于非线性程度较高,上述自适应系统不再适用。故本文设计了基于滑模自适应控制的自修复方案。首先,基于时间尺度分析和联级控制系统理论,将非线性控制系统分解四回路联级控制系统;然后,针对存在的不确定性,对每个回路设计故障观测器;接着,针对系统参数未知的问题,提出自适应参数估计算法,估计系统参数及控制器参数,保证系统在参数未知下的鲁棒性;最后,为了保证嵌套的可行性,分析各回路收敛关系,得到各回路参数之间的不等式关系。最后,针对无故障、强干扰、多种故障等问题,对以上三个方案分别进行了仿真验证,结果表明了方法的有效性和实用性。
【关键词】：飞机 执行器故障 参数不确定性 外部干扰 自适应容错控制 观测器
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V267
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注释表10-11
• 缩略词11-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 课题背景及研究意义12-13
• 1.2 本课题的国内外研究现状13-16
• 1.3 本文主要研究工作与内容安排16-18
• 第二章 高超声速飞行器的多故障鲁棒自适应控制18-30
• 2.1 引言18-19
• 2.2 高超声速飞行器的非线性纵向模型19-20
• 2.3 针对完全失效故障的自适应观测器设计20-22
• 2.4 针对缓变故障和模型不确定性的支持向量机补偿控制器设计22-25
• 2.5 仿真验证及结果分析25-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第三章 三自由度飞行器改进模型及基于自适应控制的多故障自修复控制30-38
• 3.1 引言30-31
• 3.2 三自由度飞行器改进模型31-33
• 3.3 基于自适应控制的多故障自修复控制器设计33-35
• 3.4 仿真验证及结果分析35-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 含有未知参数的四旋翼飞行器多故障自修复控制38-56
• 4.1 引言38-39
• 4.2 四旋翼飞行器动力学模型39-40
• 4.3 联级控制系统基本控制器设计40-44
• 4.4 针对执行器部分失效故障的滑模自修复控制器设计44-47
• 4.5 针对未知参数的自适应容错控制器设计47-48
• 4.6 各控制器间的时间尺度分析48-49
• 4.7 仿真验证及结果分析49-55
• 4.8 本章小结55-56
• 第五章 总结与展望56-59
• 5.1 工作总结56-57
• 5.2 研究展望57-59
• 参考文献59-65
• 致谢65-66
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文、专利66

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本文编号：918689