[发明专利]一种基于TOMFIR残差的飞行控制系统执行器微小故障诊断方法

权利要求书

1.一种基于TOMFIR残差的飞行控制系统执行器微小故障诊断方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：利用小扰动法对飞行控制系统模型线性化处理得到：

此系统对应的正则系统为：

其中x(t)∈Rⁿ、u(t)∈R^m、y(t)∈R^P分别表示真实系统的状态、控制输入以及测量输出；x₀(t)∈Rⁿ、u₀(t)∈R^m、y₀(t)∈R^p分别表示正则系统的状态、控制输入以及测量输出；A∈R^n×n,B∈R^n×m,C∈R^p×n,D∈R^n×h分别为系统状态矩阵、输入矩阵、输出矩阵、故障分配矩阵；

步骤2：总可测故障信息残差(TOMIFIR)残差方法定义：

总可测故障信息残差g(t)＝Gu-G₀u＝y-y^*，对于相同的输入，g(t)为故障系统和正常系统之间的差值；当执行器故障模型中包含扰动和不确定性时，设计控制器u(t)＝u_a(t)+u_b(t)，其中控制量u_a(t)用于维持系统性能，并且根据所发生的故障进行调节以保证系统的设计性能，当系统无故障时，u_a(t)＝u₀(t)；u_b(t)是一个鲁棒控制器，用于抑制扰动、不确定性对于系统性能的影响；

步骤3：TOMFIR残差近似计算；

TOMFIR残差的极限值与故障函数的极限值存在如下等式关系：

函数β(t-T₀)用于描述未知时刻T₀所发生故障的变化趋势，当执行器故障缓慢趋近于一个常值时，TOMFIR′(t)＝r_y(t)+CA^-1Br_u(t)的极限值趋近于TOMFIR(t)的真值，此时TOMFIR′(t)的值作为TOMFIR残差的近似替代，从而保证了残差的精度；

步骤4：基于TOMFIR残差理论的观测器残差修正；

基于TOMFIR残差理论对观测器残差进行相应的修正：

步骤5：执行器微小故障判定；

利用修正后的残差判断执行器故障，当系统无故障时，当系统中出现早期微小故障时，其中P为执行器早期微小故障的极限值或者为给定故障的界。

2.根据权利要求1所述一种基于TOMFIR残差的飞行控制系统执行器微小故障诊断方法，其特征在于：步骤1中，β(t-T₀)Dθ_a(x(t),u(t))表征早期微小故障对于系统动态的影响，函数β(t-T₀)用于描述未知时刻T₀所发生故障的变化趋势，其形式表示如下：

其中，标量表示未知的故障演变速率，当取值较小时，用来表征故障的缓变特性，即用于表示早期微小故障；当取值较大时，趋近于阶跃函数，此时用来表示突变故障；其中D∈R^n×q为故障分布矩阵。