[发明专利]一种用于高超音速飞行器的自适应容错控制方法

说明书

本发明公布一种用于高超音速飞行器的自适应容错控制方法，具体为：对高超音速飞行器系统进行建模，同时考虑外界干扰等建模不确定性对于系统的动态影响。考虑H∞性能指标，建立鲁棒自适应观测器，通过Lyapunov稳定性分析得出设计条件，保证在干扰存在的条件下估计误差收敛。构造了一个主动容错控制器，使故障系统稳定，满足一定的H∞性能要求。搭建高超音速飞行器的半物理仿真平台，在半物理仿真平台上验证所提出的故障估计和容错控制方案的有效性。本发明提高了观测器的精度，更好的抑制了外界干扰。

技术领域

本发明属于自动化技术及控制领域,尤其涉及一种用于高超音速飞行器的自适应容错控制方法。

背景技术

目前，高超音速飞行器越来越多的在军用和民用领域中被应用到。由于高超音速飞行器任务的特殊性，飞行环境的复杂性等因素，对机载系统安全性和可靠性要求的要求越来越高。如果传感器，执行器或机身发生故障，高超音速飞机可能会发生重大事故。为了提高我国高超音速飞行器的安全性，控制器作为其核心元器件，针对高超音速飞行器系统执行机构故障诊断与容错控制的研究获得了很大关注。

大气湍流是影响高超声速飞行器性能的重要因素，在过去的研究中，现存的针对高超音速飞行器的自适应观测器的建立方法中，较少考虑到大气湍流扰动对故障的影响，降低了观测器的估计精度。

发明内容

发明目的：为解决现有技术中在估计故障时没有考虑扰动对其影响等问题，本发明提供一种用于高超音速飞行器的自适应容错控制方法。

技术方案：本发明提供一种用于高超音速飞行器的自适应容错控制方法，该方法具体包括如下步骤：

步骤1:根据高超音速飞行器系统的外界干扰以及飞行器系统的执行器发生的增益损失故障，建立高超音速飞行器系统方程，所述外界干扰为大气湍流产生的干扰；

步骤2：根据飞行器系统的执行器发生的增益损失故障，建立具有适维矩阵L的自适应观测器表达式，选择合适的李雅普诺夫函数，并基于H_∞性能指标对选择的李雅普诺夫函数进行稳定性分析，得到L的取值；并将L的值代入至具有适维矩阵L的自适应观测器表达式中，完成自适应观测器的建立；

步骤3：根据自适应观测器得到的增益损失故障估计值，建立含有反馈增益矩阵K的容错控制器的表达式；选择合适的李雅普诺夫函数，基于H_∞性能指标对选择的李雅普诺夫函数进行稳定性分析，从而得到K的取值，将K的值代入至容错控制器的表达式中，并将容错控制器的表达式代入至高超音速飞行器系统方程中，得到在同时存在外界干扰和飞行器系统的执行器发生增益损失故障的情况下，仍能稳定运行的闭环高超音速飞行器系统。

进一步的，所述步骤1中建立高超音速飞行器系统方程为：

其中x(t)∈Rⁿ是系统的状态变量,n为状态变量的阶数；u(t)∈R^p为系统的控制输入向量即执行器，p为控制输入向量的阶数；y(t)∈R^r是系统的测量信号，r为系统输出向量的阶数；d(t)∈R^q为外界干扰；q为外界干扰的阶数；A∈R^n×n,B∈R^n×p,C∈R^r×n为系数矩阵，F(t)＝diag(f₁(t),f₂(t),…,f_p(t))∈R^p×p,F(t)为系统执行器的实际增益损失故障的矩阵，B_d∈R^n×q为外界干扰增益矩阵；f_p(t)为第p个输入向量的实际增益损失故障值。

进一步的，所述步骤2中具体建立观测器的方法为：

步骤2.1：建立自适应观测器的表达式为：