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飞行控制系统故障隔离与自适应重构技术研究

刘小雄  
【摘要】:飞行控制系统的高可靠性是飞行安全的重要保证。当飞机出现故障或者遭到意外损伤时,飞行控制系统如果能够依据故障特性和损伤特性迅速改变控制策略,通过控制系统的重构实现飞机最低安全性要求,这对于保证飞机飞行任务的继续执行或者安全返航具有重要的意义。所以未来先进飞机的飞行控制系统应该具备自主决策与控制功能以及自适应容错能力,以满足高可靠性的要求。飞行控制系统故障隔离和自适应重构技术的研究对提高飞行控制系统安全性、可靠性和容错能力提供了强有力的保证。 本文以模型跟随自适应控制理论为基础,将新型意义下具有自学习、自组织和自决策能力的自适应机制与智能控制、现代控制以及容错控制理论相结合,根据现代先进飞机飞行控制系统的特点和安全性要求,通过对飞行控制系统传感器和作动器故障隔离与自适应重构技术的研究,建立了比较完善的自适应容错飞行控制系统体系结构,为先进飞机容错飞行控制系统的研究奠定了基础。全文从自适应思想出发,针对飞行控制系统故障的类型和特点,选用相应的自适应机制完成系统故障隔离与自适应重构设计,使得研究的内容形成一个完整的体系结构。 本文的主要工作和研究成果如下: 1.针对飞行控制系统闭环反馈与实时控制的特点,采用多模型自适应的思想,提出一种基于鲁棒自适应观测器的传感器故障隔离与自适应重构策略。为了使得闭环输出信号解耦,设计了多个鲁棒自适应观测器用于传感器的状态估计,并且对生成的残差进行序贯概率比检验。应用多个观测器的信息进行故障的定位和信号重构。由于设计的鲁棒观测器可有效的抑制噪声和模型不确定性,所以不会出现故障误报和漏报。仿真结果表明所提方法的有效性。 2.研究了基于径向基神经网络观测器的飞控系统传感器故障隔离与自适应重构方法,提出了一种基于混合共轭梯度优化算法的径向基神经网络。考虑到飞控系统非线性因素和随机干扰的影响,建立了神经网络观测器模型,根据飞行控制系统实时、闭环控制的特点,基于多模型自适应的思想,设计多个神经网络观


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