飞行控制系统故障隔离与自适应重构技术研究

论文摘要

飞行控制系统的高可靠性是飞行安全的重要保证。当飞机出现故障或者遭到意外损伤时，飞行控制系统如果能够依据故障特性和损伤特性迅速改变控制策略，通过控制系统的重构实现飞机最低安全性要求，这对于保证飞机飞行任务的继续执行或者安全返航具有重要的意义。所以未来先进飞机的飞行控制系统应该具备自主决策与控制功能以及自适应容错能力，以满足高可靠性的要求。飞行控制系统故障隔离和自适应重构技术的研究对提高飞行控制系统安全性、可靠性和容错能力提供了强有力的保证。 本文以模型跟随自适应控制理论为基础，将新型意义下具有自学习、自组织和自决策能力的自适应机制与智能控制、现代控制以及容错控制理论相结合，根据现代先进飞机飞行控制系统的特点和安全性要求，通过对飞行控制系统传感器和作动器故障隔离与自适应重构技术的研究，建立了比较完善的自适应容错飞行控制系统体系结构，为先进飞机容错飞行控制系统的研究奠定了基础。全文从自适应思想出发，针对飞行控制系统故障的类型和特点，选用相应的自适应机制完成系统故障隔离与自适应重构设计，使得研究的内容形成一个完整的体系结构。 本文的主要工作和研究成果如下： 1．针对飞行控制系统闭环反馈与实时控制的特点，采用多模型自适应的思想，提出一种基于鲁棒自适应观测器的传感器故障隔离与自适应重构策略。为了使得闭环输出信号解耦，设计了多个鲁棒自适应观测器用于传感器的状态估计，并且对生成的残差进行序贯概率比检验。应用多个观测器的信息进行故障的定位和信号重构。由于设计的鲁棒观测器可有效的抑制噪声和模型不确定性，所以不会出现故障误报和漏报。仿真结果表明所提方法的有效性。 2．研究了基于径向基神经网络观测器的飞控系统传感器故障隔离与自适应重构方法，提出了一种基于混合共轭梯度优化算法的径向基神经网络。考虑到飞控系统非线性因素和随机干扰的影响，建立了神经网络观测器模型，根据飞行控制系统实时、闭环控制的特点，基于多模型自适应的思想，设计多个神经网络观

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 关键技术综述
• 1.2.1 国内外研究概况
• 1.2.2 研究的理论依据
• 1.2.3 研究现状和发展方向
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 飞控系统故障隔离与自适应重构的基本概念
• 2.1 飞控系统的故障隔离技术
• 2.1.1 故障隔离的基本方法
• 2.1.2 观测器理论
• 2.1.3 传感器和作动器故障建模
• 2.2 飞控系统自适应重构控制理论
• 2.2.1 多模型自适应控制
• 2.2.2 直接自适应控制
• 2.2.3 神经网络模型参考自适应控制
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于鲁棒自适应观测器的飞控系统传感器故障隔离与自适应重构设计
• 3.1 引言
• 3.2 鲁棒自适应观测器
• 3.2.1 问题描述
• 3.2.2 鲁棒自适应观测器设计
• 3.3 基于序贯概率比检验的残差决策技术
• 3.4 传感器故障隔离与自适应重构策略
• 3.5 飞控系统仿真验证
• 3.6 本章小结
• 第四章 自适应神经网络研究及在传感器故障隔离与自适应重构中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 自适应径向基神经网络算法研究
• 4.2.1 径向基神经网络的基本结构和学习算法
• 4.2.2 混合共轭梯度优化算法
• 4.2.3 网络学习算法
• 4.3 径向基神经网络的非线性系统辨识
• 4.3.1 问题的提出
• 4.3.2 径向基神经网络观测器
• 4.4 传感器故障隔离与自适应重构策略
• 4.5 飞控系统仿真验证
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于多模型自适应控制的飞控系统作动器故障隔离与自适应重构控制
• 5.1 引言
• 5.2 问题描述
• 5.3 多模型自适应控制理论
• 5.3.1 多模型自适应控制的基本原理
• 5.3.2 间接多模型自适应控制理论
• 5.3.3 基于多模型自适应控制的故障隔离与重构
• 5.4 基于多模型的故障隔离技术
• 5.4.1 多模型的建立
• 5.4.2 故障隔离与切换控制
• 5.5 鲁棒跟踪多模型自适应重构控制器设计
• 5.5.1 鲁棒跟踪控制器设计
• 5.5.2 鲁棒性分析
• 5.5.3 重构系统的稳定性分析
• 5.6 模型跟随多模型自适应重构控制器设计
• 5.6.2 基于模型跟随的多模型自适应控制器设计
• 5.6.3 重构系统的稳定性分析
• 5.7 飞控系统故障隔离与自适应重构仿真验证
• 5.8 本章小结
• 第六章 直接自适应控制理论研究及在飞控系统自适应重构控制中的应用
• 6.1 引言
• 6.2 问题描述
• 6.3 直接自适应控制理论
• 6.3.1 指令跟踪发生器理论
• 6.3.2 输出渐近跟踪理论
• 6.3.3 直接自适应控制的基本结构
• 6.3.4 稳定性和正实性理论
• 6.4 直接自适应重构飞控系统设计
• 6.4.1 直接自适应重构飞控系统结构
• 6.4.2 反馈补偿设计
• 6.4.3 稳定性证明
• 6.5 飞控系统仿真验证
• 6.6 本章小结
• 第七章 基于神经网络自适应控制的飞行控制系统自适应重构设计
• 7.1 引言
• 7.2 基于神经网络的模型参考自适应控制理论
• 7.2.1 径向基神经网络
• 7.2.2 神经网络模型参考自适应控制
• 7.2.3 模型参考自适应逆控制
• 7.2.4 神经网络模型参考自适应逆控制
• 7.3 自适应重构飞行控制系统设计
• 7.3.1 问题描述
• 7.3.2 逆模型的建立
• 7.3.3 径向基神经网络补偿器
• 7.3.4 混合径向基神经网络自适应控制器
• 7.3.5 重构系统的稳定性分析
• 7.4 仿真分析
• 7.4.1 非线性飞控系统模型
• 7.4.2 仿真结果
• 7.5 本章小结
• 第八章 总结与展望
• 8.1 研究工作总结
• 8.2 研究工作展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢