飞机舵面损伤的简单自适应重构控制方法

针对飞行控制系统操纵面损伤故障,采用简单自适应控制算法进行重构飞行控制系统（FCS）的设计．在应用简单自适应控制时,尤其是在操纵面发生不同损伤程度故障时,必须确保闭环系统的几乎严格正实性．通过求解线性矩阵不等式的可行解问题,得出并联前馈补偿器,确保闭环系统的稳定性和增广系统的严格正实性．利用某型飞机的侧向飞行控制系统模型,将该方法应用于飞行控制系统的重构设计．仿真结果表明,简单自适应控制方法不仅适合于正常情况下的飞控系统设计,而且对操纵面损伤故障具有较强的适应能力．与常规的线性二次型反馈控制器相比,提出的自适应控制器具有更好的跟踪效果和重构控制效果．     

基于MATLAB的自修复飞控系统仿真

可靠性和可维护性是当代飞控系统面临的首要问题,自修复飞控系统在解决这两方面问题的同时,提高了飞机的生存能力。采用ＭＡＴＬＡＢ仿真语言,开发出自修复飞控系统仿真平台,实现了收音机的全面运动仿真。同时,根据自修复飞控系统的需要,可进行了收音机故障的加载,以及对故障进行检测、隔离和估计,然后完成飞行重构,具备了完整的自修复飞控系统信息功能。     

飞机操纵面损伤的自适应容错控制设计

针对飞控系统实时控制和高可靠性的要求,提出一种飞控系统多操纵面损伤的在线容错控制算法.首先建立包含各种常见故障的操纵面参数仿真模型和故障注入仿真机制,其次由于故障的随机性,设计多个并行的在线观测器,对应于每个观测器模型建立一个基于特征结构配置的控制器.最后根据多个观测器和相应的控制器可完成系统在线故障隔离与重构.应用某型飞机横侧向控制系统进行仿真,得到了预期的效果.此方法设计简单合理,适于工程应用.     

不确定条件下控制分配问题的鲁棒优化方法

针对具有冗余执行机构的过驱动系统, 在考虑控制效率不确定性的条件下, 提出了一种基于鲁棒优化理论的控制分配算法. 研究了原始不确定鲁棒优化模型的建立和基于椭球不确定集的鲁棒对等式的转化问题, 并推广到可由锥二次不等式表示的不确定集的情况. 讨论了鲁棒优化控制分配算法的求解方法及其计算复杂度. 最后, 针对多操纵面飞机的最优控制分配问题与传统算法进行了仿真比较, 结果表明鲁棒优化算法能有效降低控制效率不确定性的影响, 使分配结果更为合理, 从而具有更好的鲁棒性, 同时能有效提高操纵面故障情况下闭环系统的控制重构能力, 很好地改善了飞控系统的性能.     

基于ABC广义逆优化算法的重构控制研究

为了确保飞机在操纵面故障后的飞行安全,提出了一种结合人工蜂群算法和广义逆法各自优点的重构控制方法。首先,介绍了基于广义逆控制分配方法的基本原理;然后,针对广义逆法存在分配效率较低的问题,采用人工蜂群算法对加权矩阵参数进行寻优,选择较高的转矩可达集体积,以提高基于广义逆控制分配法的分配效率;接着,针对操纵面3种典型故障,推导出对应的重构分配器;最后,通过仿真验证了所提出的控制重构方法能有效地重构飞机操纵面故障。     

基于LMS算法的自适应逆可重构控制系统

针对多输入多输出(MIMO)飞控系统的可重构设计问题,提出了解耦控制与自适应逆控制(adaptive inverse control)相结合的控制策略.首先采用降阶线性动态逆(RLDI)设计了某型飞机的滚转角控制回路,以使飞机侧向运动的滚转与侧滑之间实现解耦;然后,考虑到当舵机出现故障以后系统性能的恢复问题,应用基于ε-滤波的LMS(least mean square)算法,在系统解耦的基础上构建了自适应逆控制系统,从而实现系统在舵机故障下的重构.仿真结果表明,这种基于改进的ε-滤波的LMS算法的自适应逆可重构飞行控制系统具有良好的系统故障恢复功能,表明了其在飞控系统中实施重构控制的有效性.     

基于检测滤波器的俯仰角速率传感器故障检测研究

针对飞控系统俯仰角速率传感器故障情况复杂以及故障检测困难的问题,通过分析飞控系统俯仰角速率传感器的故障种类和故障模式,建立不同情况相关数学模型;依据检测滤波器法检测系统故障的原理,设计飞控系统俯仰角速率传感器故障检测的滤波器;在某飞机处于Ma=0.8,H=50m的飞行状态,利用Matlab和Simulink对飞控系统俯仰角速率传感器故障检测进行仿真验证,仿真表明所建证的飞控系统传感器故障数学模型是正确的,同时表明滤波器检测故障的方法可以高效地检测出飞控系统俯仰角速率传感器的故障.     

故障树方法在传感器子系统可靠性分析中的应用

飞行控制系统是飞机的重要组成部分,其先进程度已成为飞机性能和作战效能的关键因素,因此有必要对其可靠性进行深入研究。飞行控制系统的可靠性主要由感知对象状态的传感器子系统、实施数据处理和执行控制功能的飞控计算机子系统、操纵舵面运动的伺服作动子系统决定。文章针对飞控系统的传感器子系统的特点,引入了故障树分析方法,对传感器子系统建立了故障树模型,采用定性分析与定量计算得出该子系统的故障模式、可靠度、关键重要度,为可靠性设计和故障诊断提供了依据。结果表明,故障树分析法是对传感器子系统进行可靠性分析的一种有效方法。     

飞机操纵面故障的多参数预测模型

飞机突发性操纵面故障的准确预测对保障飞机安全可靠工作具有重要意义.对目前的飞机操纵面故障预测的主要方法均存在只考虑一个特征参数或单独考虑几个特征参数的不足,缺乏对各特征参数的统一考虑.基于操纵而故障往往表现为一种故障表征出多种特征信号,同一特征信号还可能反映了不同的故障的事实.借鉴灰色预测建模和信息融合的思想,提出了基于多故障特征参数的预测模型,使得多个相关特征参数时间序列不仅可以为各自的预测提供相关信息,也可为其他序列预测提供必要的信息,增加了预测的准确性;将模型应用于某飞机操纵面的故障预测中,经实例计算验证了模型的有效性.     

飞机舵面结构故障检测与重构的模糊观测器方法

本文提出了一种基于模糊观测器的飞机舵面故障检测与重构控制策略 .该方法在模糊输出观测器的基础上 ,构造了反映飞机舵面结构故障的残差信息 ,以进行快速的故障检测和重构控制 .针对某型飞机舵面结构故障的仿真验证了本文方法的有效性     

飞机翼面损伤的L1自适应重构控制方法研究

进行飞机翼面损伤下的重构控制对提高飞机的安全可靠性具有重要的意义,根据飞机翼面损伤的特点,提出一种基于L1自适应控制的重构控制方法,首先根据翼面故障对飞机气动特性的影响,建立故障参数模型,然后根据L1自适应控制快速自适应和鲁棒性的特点,选择合适的自适应律和滤波器进行重构控制器的设计,最后根据飞机升降舵翼面损伤情况进行仿真分析,结果表明了本文所用方法可以进行部分翼面损伤的快速重构控制。     

基于多模型自适应的飞行控制系统重构与优化

对飞行器执行机构受损或失效情况下其飞行控制规律重构的问题,提出一种基于线性二次最优控制理论的多模型自适应控制重构技术方案。利用线性二次调节器获得参考模型,基于故障诊断与检测技术,运用Lyapunov稳定性理论,确保闭环控制系统的严格正实性和全局渐进稳定性。根据飞行器的动力学控制规律,进行故障辨识和模型切换,实现故障状态下飞行控制规律的重构与优化设计。针对典型故障情况进行飞行器控制重构仿真验证,结果表明系统能够在舵面部分失效下完成控制重构,保证有效飞行器运行控制。     

Adaptive actuator failure compensation for nonlinear MIMO systems with an aircraft control application

A direct adaptive approach is developed for control of a class of multi-input multi-output (MIMO) nonlinear systems in the presence of uncertain failures of redundant actuators. An adaptive failure compensation controller is designed which is capable of accommodating uncertainties in actuator failure time instants, values and patterns. A realistic situation is studied with fixed grouping of actuators and proportional actuation within actuator groups. The adaptive control system is analyzed, to show its desired stability and asymptotic tracking properties in the presence of actuator failure uncertainties. As an application, such an adaptive controller is used for actuator failure compensation of a twin otter aircraft longitudinal model, with design conditions verified and control structure and adaptive laws developed for a nonlinear aircraft dynamic model. The effectiveness of adaptive failure compensation is demonstrated by simulation results.     

基于自适应线性自抗扰控制的飞机防滑刹车系统重构控制

飞机防滑刹车系统是确保飞机安全起飞、着陆和滑跑的重要航空机电系统. 除了其动力学中的强非线 性、强耦合以及参数时变外, 潜在的执行器等组件故障也会严重降低防滑刹车系统的安全性与可靠性. 为满足故障 及扰动状态下系统的性能需求, 本文提出了一种基于自适应线性自抗扰控制的飞机防滑刹车系统重构控制方法. 根据飞机防滑刹车系统的组成结构及工作原理对其进行数学建模, 并对执行器注入故障因子. 设计了自适应线性 自抗扰重构控制器, 同时分析了整个闭环系统的稳定性. 该控制器将组件故障、外部干扰以及测量噪声等视为总扰 动, 根据状态误差反馈和系统输出信息, 利用BP神经网络在线优化更新扩张状态观测器和状态误差反馈律参数, 从 而更精确地观测与补偿总扰动带来的不利影响. 最后, 在不同跑道环境下的仿真结果验证了所提出重构控制器的适 应性和鲁棒性.     

An adaptive disturbance rejection control scheme for multivariable nonlinear systems

An adaptive disturbance rejection control scheme is developed for uncertain multi-input multi-output nonlinear systems in the presence of unmatched input disturbances. The nominal output rejection scheme is first developed, for which the relative degree characterisation of the control and disturbance system models from multivariable nonlinear systems is specified as a key design condition for this disturbance output rejection design. The adaptive disturbance rejection control design is then completed by deriving an error model in terms of parameter errors and tracking error, and constructing adaptive parameter-updated laws and adaptive parameter projection algorithms. All closed-loop signals are guaranteed to be bounded and the plant output tracks a given reference output asymptotically despite the uncertainties of system and disturbance parameters. The developed adaptive disturbance rejection scheme is applied to turbulence compensation for aircraft fight control. Simulation results from a benchmark aircraft model verify the desired system performance.     

A multivariable MRAC scheme with application to a nonlinear aircraft model

This paper revisits the multivariable model reference adaptive control (MRAC) problem, by studying adaptive state feedback control for output tracking of multi-input multi-output (MIMO) systems. With such a control scheme, the plant-model matching conditions are much less restrictive than those for state tracking, while the controller has a simpler structure than that of an output feedback design. Such a control scheme is useful when the plant-model matching conditions for state tracking cannot be satisfied. A stable adaptive control scheme is developed based on LDS decomposition of the high-frequency gain matrix, which ensures closed-loop stability and asymptotic output tracking. A simulation study of a linearized lateral-directional dynamics model of a realistic nonlinear aircraft system model is conducted to demonstrate the scheme. This linear design based MRAC scheme is subsequently applied to a nonlinear aircraft system, and the results indicate that this linearization-based adaptive scheme can provide acceptable system performance for the nonlinear systems in a neighborhood of an operating point.     

Neural network–based reconfiguration control for spacecraft formation in obstacle environments

This paper proposes an adaptive formation reconfiguration control scheme based on the leader‐follower strategy for multiple spacecraft systems. By taking the predesigned desired velocities and the trajectories as reference signals, a set of coordination tracking controllers is constructed by combining the reconstructed dynamic system and the neural network–based reconfiguration algorithm together. To avoid collisions between spacecraft and obstacles during the formation configuration process, the null space–based behavioral control is integrated into the control design. Since the spacecraft dynamics contains unknown nonlinearity and disturbance, it is challenging to make the system robust to uncertainties and improve the control precision simultaneously. To solve this problem, both the adaptive neural network strategy and the finite‐time control theory are employed. Finally, 2 simulation examples are carried out to verify the proposed algorithm, showing that the formation reconfiguration task can be executed successfully while achieving high control precision.     

无模型自适应控制在飞机防滑刹车中的应用

针对飞机防滑刹车系统的复杂性和非线性,在分析滑移率控制式飞机防滑刹车系统的工作原理基础上,提出了一种基于无模型自适应控制的飞机防滑刹车控制算法;该算法无需精确的动力学模型,直接利用输入输出信息实现飞机防滑刹车的最佳滑移率控制;仿真结果表明:采用无模自适应防滑刹车控制算法,在5s之内就能获得稳定的滑移率,为提高飞机刹车的效率提供了一条新的思路。     

非线性动态突变系统的多模型自适应执行器故障补偿设计

本文针对因多重不确定执行器故障而引起系统动态突变的非线性系统,设计了一种基于多模型切换的自适应执行器故障补偿控制策略,以提高系统应对动态突变的能力,同时实现不确定执行器故障的快速精确补偿.针对执行器故障模式的不确定性问题,采用基于多模型的参数估计方法,设计了自适应控制器组;基于最优性能指标函数,提出了一种控制切换机制,...