飞航导弹健康管理系统控制层算法研究

论文摘要

现代飞航导弹对于功能的不断完善以及性能的不断提高,使得整体系统趋于复杂化,而这往往会对系统的可靠性带来威胁。又因为导弹的飞行环境复杂多变,会对导弹飞行带来干扰。严重时会使导弹在执行任务过程中发生故障。基于上述考虑,提高导弹状态输出（主要包括导弹的姿态角以及飞行速度）对于外部干扰、测量误差以及系统结构不确定的鲁棒性,并建立鲁棒故障检测及故障补偿系统对于提高导弹飞行的可靠性有着重要的意义。将上述的概念加以综合,提出导弹健康管理系统的概念。本文对飞航导弹的健康管理系统进行了初步的研究。本文首先建立了飞航导弹健康管理系统,明确系统各个部分的组成以及作用。将健康管理系统分为子系统层、控制层以及飞行任务层三个层次。对于每个层次的作用以及设计方法均给出了框架,并着重分析了控制层的相关设计问题。然后,主要针对控制层的设计方法进行了研究,从鲁棒状态反馈控制器与故障诊断及容错控制两个方面给出了设计方法。第一,设计鲁棒状态反馈控制器以保证干扰和系统不确定性对系统状态的影响保持在一定的范围之内,并用H2 / H∞范数作为评定指标,使得不确定的外部干扰和系统内部参数扰动对系统的影响在此目标下最小。此外,还讨论了闭环系统特征值敏感性的问题,给出了闭环系统特征值在参数扰动情况下的变化上界,有助于对闭环系统特征值在扰动下的波动范围进行估计。第二,对系统主动容错部分进行了初步的研究。为实现在线故障修复,首先设计鲁棒故障诊断状态观测器,实现在线故障检测。然后,在此基础上进行相关故障分离以及故障补偿研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 故障诊断技术发展过程及研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 飞航导弹健康管理系统的结构与组成
• 2.1 引言
• 2.2 飞航导弹健康管理系统的组成
• 2.2.1 子系统层
• 2.2.2 控制层
• 2.2.3 飞行任务层
• 2.3 本章小结
• 第3章 导弹空间运动模型的建立及相关问题描述
• 3.1 引言
• 3.2 导弹空间动态过程的数学表达
• 3.2.1 空间运动受力以及力矩分析
• 3.2.2 空间运动动力学及运动学数学描述
• 3.3 导弹空间运动方程组线性模型简化
• 3.3.1 简化条件和方法
• 3.3.2 飞航导弹纵向运动方程组
• 3.4 飞航导弹典型故障分析与建模
• 3.5 本章小结
• 第4章 飞航导弹控制层鲁棒状态反馈控制器设计
• 4.1 引言
• 2 / H_∞ 飞航导弹状态反馈控制'>4.2 鲁棒混合H₂ / H_∞飞航导弹状态反馈控制
• ∞ 状态反馈控制'>4.2.1 D稳定区域极点配置混合H 2 / H_∞状态反馈控制
• 2 / H_∞ 状态反馈控制器设计'>4.2.2 扩展H₂ / H_∞状态反馈控制器设计
• 2 / H_∞ 状态反馈控制'>4.2.3 鲁棒混合H₂ / H_∞状态反馈控制
• 4.2.4 飞航导弹鲁棒状态反馈控制器仿真
• ∞ 状态反馈控制器设计'>4.2.5 基于扩展方法的鲁棒混合H 2 / H_∞状态反馈控制器设计
• 4.3 矩阵特征值的敏感性条件
• 4.4 本章小结
• 第5章 飞航导弹控制层故障诊断及容错控制研究
• 5.1 引言
• 5.2 故障诊断观测器设计
• 5.2.1 执行器故障诊断观测器设计
• 5.2.2 鲁棒故障诊断状态观测器设计
• 5.2.3 鲁棒故障诊断状态观测器设计新条件
• 5.2.4 仿真实例
• 5.3 故障解析及故障信号补偿
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢