分导飞行器的故障诊断及控制律重构

论文摘要

分导控制的主要目的是通过姿态和轨道运动控制,使飞行器按照特定的程序、在特定的空间位置、以特定的速度和姿态、分别或分批完成对多个载荷的释放。而载荷的释放会造成质心和转动惯量突变,一旦载荷未能按照任务要求释放,或者系统出现故障,事先定制的控制律可能会失效,这将影响到分导飞行器姿态调整以及推进控制,继而影响到预定飞行任务的顺利完成。本文对分导飞行器姿态控制系统的故障诊断及控制律重构设计进行了研究。本文视载荷释放失效为一类故障,采用基于扩展卡尔曼滤波为估计单元以及阈值逻辑法为失效检测判断的交互式多模型算法对载荷释放情况进行检测。设计了分导飞行器比例导数加前馈补偿的姿态跟踪控制律。当检测结果显示载荷释放失效时,采用带阈值的最大后验概率方法对控制律进行重构来保证分导飞行器良好的姿态跟踪性能。并用分导飞行器两次载荷释放前后的姿态跟踪过程进行了蒙特卡洛仿真,验证了方法的有效性。针对分导飞行器姿态控制系统的执行器、传感器全局故障,采用基于Unscented卡尔曼滤波为基本估计单元且以输出残差为故障诊断指标的交互式多模型算法对故障情况进行检测与诊断。当诊断出故障模型时,重构控制律结构,采用滑模变结构容错控制律对系统进行补偿控制。仿真结果表明该算法能够实时地对故障进行检测与诊断,在线重构的容错控制律使飞行器的姿态跟踪精度在出现故障时仍能维持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 故障诊断技术研究综述
• 1.2.1 故障分类及诊断步骤
• 1.2.2 故障诊断方法
• 1.2.3 故障诊断技术的研究现状
• 1.3 容错控制技术研究综述
• 1.3.1 容错控制方法
• 1.3.2 容错控制技术的研究现状
• 1.4 本论文研究的主要内容
• 第2章 分导飞行器姿态控制系统的数学建模
• 2.1 引言
• 2.2 分导飞行器姿态运动学方程
• 2.3 分导飞行器姿态动力学方程
• 2.4 分导飞行器姿控系统的随机混合系统模型
• 2.5 系统仿真参数
• 2.6 本章小结
• 第3章 分导飞行器载荷释放检测及重构控制律设计
• 3.1 引言
• 3.2 交互式多模型（IMM）算法
• IMM 算法的载荷释放检测'>3.3 基于EKF_IMM 算法的载荷释放检测
• 3.4 重构控制律设计
• 3.5 算法仿真及结果分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 分导飞行器姿态控制系统的重构容错控制
• 4.1 引言
• 4.2 故障模型描述
• 4.2.1 传感器故障模式及描述
• 4.2.2 执行器故障模式及描述
• IMM 算法的故障诊断'>4.3 基于UKF_IMM 算法的故障诊断
• 4.4 容错控制律设计
• 4.5 算法仿真及结果分析
• 4.5.1 算法仿真
• 4.5.2 结果分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢