[发明专利]基于解析重构信号的飞控系统传感器混合余度方法

说明书

技术领域

本发明涉及飞行器控制技术领域，特别提供一种采用解析重构技术识别角速率传感器故障及重构角速率信号的方法。具体地说，是指一种基于解析重构信号的飞控系统传感器混合余度方法，是将解析重构信号与硬件余度系统组成为混合余度系统以提高传感器系统可靠性的方法。

背景技术

为了提高飞行器测量系统的可靠性，现代飞行器的测量系统通常采用具有相同功能的多余度传感器用以测量同一被测量量。即在某一通道发生了测量故障后，余下通道的测量信号仍能正常工作，确保系统有可以使用的有效信号为飞行控制系统提供用以控制律解算的测量信号，保证飞行器的飞行性能或任务执行力基本不变(或在一定程度上有所降低，但可接受)。

当前采用多硬件通道构成余度系统时，为了避免相同的硬件和软件造成的共点故障，余度系统往往使用完全不同的硬件和软件组成非相似余度。但无论是相似余度还是非相似余度，这种多套硬余度有一个本质弱点，即其基本平均无故障时间会随着硬件余度的增加而成倍下降。

解析余度不需要增加硬件而是用解析的方法为飞行器传感器提供余度。通常使用现代控制理论中的最优估计或人工智能的方法将传感器的测量值估计出来。当某个传感器发生故障后，就用这个估计值代替测量值，使飞行控制律能够正常解算，以保证飞行器的安全飞行和任务可靠执行。

目前飞行器控制系统中直接参与控制律解算的传感器通常采用硬件三余度或四余度结构。当某一通道传感器发生故障时，对于三余度或四余度传感器系统，监控表决器通过少数服从多数原则，判断故障通道，从而可以进一步隔离故障通道，此时原设计余度系统余度等级降低。

对于三余度监控表决系统，当出现一次故障时，降为双余度，如果再发生一次故障，则出现1:1的情况，此时监控表决系统无法判断故障通道，飞控系统会切断所有通道，控制律失效，如图1。因此，三余度监控表决系统实际上只能实现一次故障/工作等级。对于四余度系统，如果是故障单独出现，可以实现二次故障/工作等级；而如果是两个通道同时故障，即出现2:2情况，监控表决系统无法判断故障通道，飞控系统会切断所有通道，控制律失效。因此，四余度系统实际上只能实现二次故障/工作等级或无故障/工作等级。由此可知，单纯硬件余度系统的故障/工作等级实际上是比较低的。

采用进一步增加传感器硬件余度的方法可以提高传感器测量的可靠性，但这也直接带来一些不可忽视的缺点：

1.增加了飞控系统和表决监控系统的复杂性；

2.增加传感器硬件余度降低了飞控系统的平均无故障时间，并使得系统加工、装配、生产、维护的工作难度和工件量大大增加；

3.增加了飞机的起飞重量和开发成本。

因而，在这种情况下，如果有一个不增加飞行器开发费用、不增加飞行器后期维护难度的解析余度信号作为传感器系统的备份信号，在传感器出现上述故障或在传感器监控表决系统出现1:1或2:2的状态下，这个备份信号能够为飞行控制系统提供控制律解算所需要的关键传感器信息，保证解算出的控制律具有较高的准确性和可行性，从而使得飞行器能够安全飞行且具有一定程度的任务执行力。

发明内容

本发明提出一种基于解析重构信号的飞控系统传感器混合余度方法，所述的混合余度方法设计了解析重构信号，在当前传感器系统正常工作情况下，解析重构信号仅作为热备份信号，不参与监控表决系统的表决策略；一旦出现监控表决系统的表决结果异常时，启动热备份信号参与表决，监控表决系统将各个传感器测量值与这个解析重构信号进行比较，并给出正确的测量值输出。这样，当硬件传感器余度系统出现1:1或2:2情况时可以利用解析重构信号协助判断和隔离故障传感器通道，在硬件传感器余度系统全部故障时可以提供一个近似正确的传感器信号用于控制律解算，仍可以保证飞行器安全飞行。本发明提供的混合余度方法可以使三余度或四余度系统都提高两个故障/工作等级。

本发明提供的所述的混合余度方法包括如下步骤：

第一步，采集三余度传感器系统的测量值。

每个传感器的测量值分别记为X₁、X₂、X₃，通过监控表决系统，分为如下几种情况进行表决：

(1)|X₁-X₂|＜ε，|X₁-X₃|＜ε，|X₂-X₃|＜ε，同时成立，转第二步；