何金陽(yáng)

摘 要 本文基于被動(dòng)容錯(cuò)的參數(shù)空間法，研究了無(wú)人機(jī)某工作點(diǎn)下縱向增穩(wěn)回路在傳感器失效下的容錯(cuò)控制設(shè)計(jì)，完成了控制器參數(shù)設(shè)計(jì)，并對(duì)仿真的結(jié)果進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞 飛行控制系統(tǒng) 參數(shù)空間法 容錯(cuò)控制

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.07.017

0 引言

為了保證系統(tǒng)在元器件正常和故障運(yùn)行下的安全性和基本性能，容錯(cuò)控制設(shè)計(jì)已經(jīng)在過(guò)去的二十年中得到了足夠的重視?，F(xiàn)在，已出現(xiàn)兩種比較完善的解決魯棒控制器設(shè)計(jì)問(wèn)題的方法：一種是以算子理論和H∞理論為基礎(chǔ)的魯棒控制理論，較好地解決了當(dāng)正常系統(tǒng)G（s）存在附加未建模動(dòng)態(tài)△（s）時(shí)系統(tǒng)的分析和綜合問(wèn)題。另一種以參數(shù)空間方法和極點(diǎn)配置理論為基礎(chǔ)的魯棒控制理論，較好地解決了參數(shù)有界不確定性和多模系統(tǒng)的分析和綜合問(wèn)題。

1 參數(shù)空間法理論

目前，參數(shù)空間方法形成了頻域分析方法和時(shí)域分析與設(shè)計(jì)方法等理論體系。其中，參數(shù)空間方法在頻域分析與設(shè)計(jì)方法也稱為代數(shù)多項(xiàng)式法，主要研究開(kāi)展系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的特征多項(xiàng)式的系數(shù)攝動(dòng)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。時(shí)域方法主要研究狀態(tài)方程矩陣元素?cái)z動(dòng)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。

考慮一連續(xù)或離散單位閉環(huán)反饋系統(tǒng)，前向通道的GH（s）模塊是系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)（包括控制器），系統(tǒng)的特征方程可表示為

2 運(yùn)用參數(shù)空間法的算例

研究無(wú)人機(jī)某工作點(diǎn)下縱向增穩(wěn)回路在傳感器失效下的容錯(cuò)控制設(shè)計(jì)，無(wú)人機(jī)縱向通道增穩(wěn)回路采用加速度反饋和俯仰角速率反饋。

無(wú)人機(jī)縱向增穩(wěn)回路狀態(tài)反饋矩陣，傳感器為速率陀螺和法向加速度表。

傳遞函數(shù)為：

給定相關(guān)參數(shù)后，利用參數(shù)空間方法進(jìn)行計(jì)算。

由圖1、圖2可以看出當(dāng)取控制器參數(shù)為（-0.0567，-3.485）時(shí)，可以滿足系統(tǒng)的容錯(cuò)控制。當(dāng)此時(shí)發(fā)生加速度傳感器失效故障，即意味著控制器參數(shù)為（0，-3.485），此時(shí)無(wú)人機(jī)對(duì)應(yīng)的性能區(qū)域?yàn)?，此時(shí)無(wú)人機(jī)飛行品質(zhì)明顯下降，但閉環(huán)系統(tǒng)仍是穩(wěn)定的。當(dāng)此時(shí)發(fā)生速度陀螺傳感器失效故障，即意味著控制器參數(shù)為（-0.0567，0），此時(shí)無(wú)人機(jī)對(duì)應(yīng)的區(qū)域?yàn)?，滿足一定飛行品質(zhì)。

對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行仿真后，相應(yīng)的階躍響應(yīng)圖如圖3、圖4：

3 結(jié)論

高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度表傳感器失效的魯棒容錯(cuò)控制，仿真可知，當(dāng)加速度表傳感器失效后，無(wú)人機(jī)仍具有一定的飛行品質(zhì)，系統(tǒng)仍是穩(wěn)定，這為無(wú)人機(jī)故障診斷、控制律重構(gòu)提供了前提。而俯仰角速率陀螺傳感器一旦失效，雖然系統(tǒng)仍是穩(wěn)定的，但對(duì)系統(tǒng)的品質(zhì)影響較大，因此，在進(jìn)行無(wú)人機(jī)容錯(cuò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)俯仰角速率陀螺可采取硬件冗余等措施來(lái)提高其可靠性。

參考文獻(xiàn)

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