典型故障模式下飞航导弹容错与重构算法研究

论文摘要

现代飞航导弹飞行过程中易发生各种故障,而传统的控制系统对于舵机失效、卡死、弹翼受损等故障的容错能力较弱,故障发生时一般不能正常工作。容错控制与系统重构技术是解决飞航导弹在飞行过程中所面临各种故障的有效方法,可以增强系统对故障的适应能力,使飞航导弹在遇到故障时,不但能够继续飞行,而且能继续完成一定的战斗任务。本文在研究飞航导弹控制系统设计和容错飞行控制理论的基础上,从系统设计角度探索一种提高飞航导弹作战效能的设计方法,主要包括以下内容:首先研究了飞航导弹空间运动数学模型,并对此进行简化和线性化处理,分析了飞航导弹飞行过程中的典型故障,并重点对执行器故障进行数学建模,通过仿真验证了不同执行器故障对导弹飞行性能的影响。其次针对传统故障辨识方法不能快速准确获取故障信息的问题,利用直接自适应容错控制理论,提出一种飞航导弹容错控制方案,在故障信息不明确的前提下,自适应的修复控制信号,实现容错控制。将此容错方法应用于飞航导弹传统的单通道控制回路设计中,然后通过分析飞航导弹操纵舵面功能冗余,建立多操纵面联合控制下的导弹模型,在此基础上重新设计直接自适应容错控制系统并进行仿真验证。然后针对飞航导弹空间运动的非线性特性,设计基于反馈线性化的动态逆控制系统。在此基础上分析执行器典型故障对控制系统的影响,利用直接自适应控制理论设计容错控制系统,采用RBF神经网络组成动态逆容错控制系统的自适应机构,补偿故障造成的系统误差,完成故障容错。最后利用MATLAB软件建立飞航导弹容错控制仿真系统,结合某型飞航导弹模型进行了整体仿真试验,分别验证上述容错控制方法的有效性。

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 容错飞行控制技术概述
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 直接自修复容错控制技术
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 飞航导弹及其故障数学建模
• 2.1 引言
• 2.2 飞航导弹空间运动数学模型
• 2.2.1 常用坐标系和坐标系之间的关系
• 2.2.2 飞航导弹气动力和气动力矩分析
• 2.2.3 飞航导弹空间运动方程组
• 2.3 导弹运动模型的简化
• 2.3.1 简化条件和方法
• 2.3.2 飞航导弹纵向运动方程组
• 2.3.3 飞航导弹侧向运动方程组
• 2.4 飞航导弹典型故障分析与建模
• 2.4.1 飞航导弹典型故障分析
• 2.4.2 飞航导弹执行器故障建模
• 2.4.3 飞航导弹执行器故障仿真
• 2.5 本章小结
• 第3章 飞航导弹直接自适应容错控制系统
• 3.1 引言
• 3.2 直接自适应容错控制
• 3.2.1 直接自适应控制原理
• 3.2.2 直接自适应容错控制器结构
• 3.2.3 直接自适应容错控制系统结构
• 3.2.4 容错控制系统稳定性分析
• 3.3 飞航导弹单通道直接自适应容错系统设计
• 3.3.1 飞航导弹单通道控制回路设计
• 3.3.2 飞航导弹单通道容错控制器设计
• 3.3.3 单通道直接自适应容错控制系统仿真
• 3.4 飞航导弹多操纵面自适应容错控制系统设计
• 3.4.1 飞航导弹多操纵面功能冗余分析
• 3.4.2 飞航导弹多操纵面自适应容错控制设计
• 3.4.3 多操纵面直接自适应容错控制系统仿真
• 3.5 本章小结
• 第4章 飞航导弹动态逆自适应容错控制系统
• 4.1 引言
• 4.2 飞航导弹动态逆控制系统
• 4.2.1 飞航导弹动态逆控制原理
• 4.2.2 基于动态逆方法的控制器设计
• 4.2.3 飞航导弹动态逆控制系统仿真
• 4.3 飞航导弹动态逆自适应容错控制系统设计
• 4.3.1 动态逆控制系统故障分析
• 4.3.2 模型参考动态逆自适应容错控制
• 4.3.3 飞航导弹动态逆自适应容错控制系统仿真
• 4.4 神经网络自适应容错控制系统设计
• 4.4.1 神经网络自适应容错控制系统结构
• 4.4.2 神经网络自适应误差信号重构
• 4.4.3 神经网络自适应容错控制系统仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 飞航导弹容错控制仿真系统
• 5.1 引言
• 5.2 飞航导弹容错控制仿真系统设计
• 5.2.1 仿真系统总体结构
• 5.2.2 仿真系统界面
• 5.2.3 直接自适应容错控制仿真模型
• 5.2.4 动态逆自适应容错控制仿真模型
• 5.3 飞航导弹容错控制仿真系统仿真结果
• 5.3.1 直接自适应容错控制仿真结果
• 5.3.2 动态逆自适应容错控制仿真结果
• 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