[发明专利]一种非最小相位飞行器控制系统执行器持续间歇性故障的自适应补偿控制方法

说明书

本发明公开了一种非最小相位飞行器控制系统执行器持续间歇性故障的自适应补偿控制方法，包括：1.基于现有飞行器控制系统模型，等价重构执行器发生持续间歇性故障时的飞行器控制系统模型。2.基于时变的输入‑输出模型，构造参数化的飞行器控制系统模型。3.建立基于控制分离的LQ最优控制架构。4.构造虚拟的参数化误差控制系统状态空间模型。5.建立标称的LQ最优控制器。6.设计鲁棒自适应参数更新律，建立基于参数估计的误差控制系统。7.设计基于控制分离的鲁棒自适应LQ控制器。本发明可使飞行器控制系统在执行机构发生持续间歇性故障时，有效保证飞行器控制系统实现期望的闭环稳定和输出跟踪性能，从而实现飞行器的安全飞行。

技术领域

本发明属于飞行器自动控制技术领域，特别是针对一类含非最小相位特性的飞行器控制系统，采用基于控制分离的LQ控制技术以及自适应控制技术，涉及一种非最小相位飞行器控制系统执行器持续间歇性故障的自适应补偿控制方法。

背景技术

随着航空航天技术的发展与进步，新型的航空航天器相继出现。由于新型的航空航天器自身的结构特性及其复杂的工作环境，其系统的动力学模型具有多变量、强耦合、快时变、强非线性等特点。特别是当系统元部件发生故障时，系统会出现大幅度的参数或结构不确定，从而引起系统动态结构特性发生突变。若控制器无法有效应对系统动态结构的突变，系统性能则会下降，甚至是不稳定，由此可引发安全事故。例如：1986年，大力火箭因推进器破裂而发生爆炸；1989年，联合航空232号航班因机件失灵致“苏城空难”；2009年，法国航空公司447号航班因多重机械故障等原因而失事；2013年，韩亚航空214号班机在美国旧金山国际机场因起落架异常在降落时发生事故。通过对此类事故的研究发现，当飞行器控制系统发生元部件故障时，其动态特性将会发生改变。

目前，针对执行器故障的补偿方法主要集中在以下几个方面：(1)匹配的执行器故障补偿，(2)最小相位系统的执行器故障补偿；(3)有限数目执行器故障的补偿设计等。此外，现有的执行器故障补偿技术，往往不考虑执行器故障所引起的系统动态结构特性的突变问题。这使得现有方法难以有效地补偿持续间歇性的执行器故障对飞行器控制系统所产生的影响。本发明旨在解决不确定的执行器持续间歇性故障所引发的动态突变问题，以保证飞行器控制系统期望的闭环稳定和输出跟踪性能。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的缺陷，提出一种非最小相位飞行器控制系统执行器持续间歇性故障的自适应补偿控制方法，增强控制飞行器控制系统有效处理动态突变的能力，从而提高飞行器控制系统的安全性能，即：飞行器控制系统在出现未知的执行器持续间歇性故障及可能的相位突变时，如何有效补偿执行器持续间歇性故障和相位突变所产生的影响，从而保证飞行器闭环控制系统具有期望的闭环稳定和输出跟踪性能。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种非最小相位飞行器控制系统执行器持续间歇性故障的自适应补偿控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、依据现有飞行器控制系统执行器的工作状况，考虑执行器发生不确定的持续间歇性故障的情况，建立执行器故障指示函数及执行器故障模式集，来表征执行器运行的当前状况及所有可能的故障情况；即，基于现有飞行器控制系统模型，通过引入执行器故障指示函数，等价重构执行器发生持续间歇性故障时的飞行器控制系统模型；

步骤2、采用时变的输入-输出系统模型，表征步骤1所述的执行器发生持续间歇性故障的飞行器控制系统；基于此时变的输入-输出系统模型和执行器故障模型，建立参数化的时变飞行器控制系统模型；

步骤3、基于无限时间的二次型能量函数，建立一种基于控制分离的无限时间的LQ最优输出跟踪框架；所述的控制分离即指将能量函数中的控制信号分离为两部分：其一是为了保证闭环系统的稳定性和输出跟踪，其二是为了补偿持续间歇性执行器故障对闭环系统所造成的影响。在此框架下，可以设计一种显性的复合控制器结构；