[发明专利]一种基于联合多观测器的故障诊断与容错控制装置及方法

权利要求书

1.一种基于联合多观测器的故障诊断与容错控制装置，其特征在于，包括硬件控制模块、故障注入模块、数据采集模块、故障诊断模块和实时监控模块，其中故障注入模块与硬件控制模块相连接，将需要模拟的故障信息传输给硬件控制模块，并通过硬件控制模块表现出来，硬件控制模块通过数据采集模块与故障诊断模块相连接，将测得的角度信息通过采集模块传输给故障诊断模块，所述故障诊断模块还直接与硬件控制模块相连接，将检测到的故障信号传输给硬件控制模块，该故障诊断模块还与实时监控模块相连接，将检测的故障状态显示出来。

2.根据权利要求1所述的基于联合多观测器的故障诊断与容错控制装置，其特征在于，所述硬件控制模块包括计算机[1]、功率放大器[2]、平台机器[3]、信号编译及转换装置[4]，所述计算机[1]通过功率放大器[2]与平台机器[3]相连接，该平台机器[3]同时通过信号编译及转换装置[4]与计算机[1]相连接。

3.根据权利要求1所述的基于联合多观测器的故障诊断与容错控制装置，其特征在于，所述故障诊断模块包括鲁棒多观测器[8]、残差信号生成模块[9]和容错控制器[10]，其中鲁棒多观测器[8]通过残差信号生成模块[9]与容错控制器[10]相连接；所述鲁棒多观测器[8]包括增广故障估计观测器和Luenberger故障检测观测器。

4.根据权利要求2所述的基于联合多观测器的故障诊断与容错控制装置，其特征在于，所述平台机器[3]为外购3-DOF hover平台。

5.一种基于权利要求1所述故障诊断与容错控制装置的故障诊断与容错控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在平衡点位置确定四旋翼直升机俯仰轴、横滚轴和航向轴，所述平衡点位置为俯仰角、横滚角和航向角都为0°时平台所处的位置，在平衡位置根据右手定则建立参考坐标系，定义中心点为坐标原点，从原点出发指向左向电机方向为y轴即俯仰轴，从原点出发指向前向电机方向为x轴即横滚轴，从原点出发垂直向上方向为z轴即航向轴，俯仰角为俯仰轴与水平面之间的夹角，滚转角为滚转轴与水平面之间的夹角，航向角为横滚轴在水平面上的投影与初始横滚轴之间的夹角；

步骤2、在执行器损伤故障的情况下确定系统的动态模型；

步骤3、在步骤2确定系统动态模型的基础上构造多观测器来检测和估计针 对俯仰和滚转通道的执行器故障；

步骤4、通过步骤3估计出的执行器故障确定基于输出反馈的容错控制律，使系统对故障有容错能力，完成联合多观测器的故障诊断与容错控制。

6.根据权利要求5所述的故障诊断与容错控制方法，其特征在于，步骤1中四旋翼直升机俯仰轴、横滚轴和航向轴方程为：

式中参数所代表的含义为：ψ、θ、φ分别为俯仰角、横滚角和航向角， 分别为俯仰角角加速度、横滚角角加速度和航向角角加速度，K_fc、K_fn分别为顺时针、逆时针电压-力矩常数，J_p是机体绕着俯仰轴的转动惯量，J_r是机体绕着横滚轴的转动惯量，V_f、V_b、V_r、V_l分别为四旋翼直升机前向电机、后向电机、右向电机和左向电机驱动电压值,l为坐标原点到电机中心点的长度；

上述方程在下述假设关系下确定：

(1)所有结构都是刚性的；

(2)飞行器是严格对称的；

(3)直流电机的电压和力矩之间是线性关系；

(4)飞行器中心就在结构中心处；

(5)飞行器姿态角度变化很小，即小于5°。