無人機某工作點下縱向增穩(wěn)回路在傳感器失效下的容錯控制設(shè)計

何金陽

摘 要 本文基于被動容錯的參數(shù)空間法，研究了無人機某工作點下縱向增穩(wěn)回路在傳感器失效下的容錯控制設(shè)計，完成了控制器參數(shù)設(shè)計，并對仿真的結(jié)果進行了分析。

關(guān)鍵詞 飛行控制系統(tǒng) 參數(shù)空間法 容錯控制

中圖分類號：TP273 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.07.017

0 引言

為了保證系統(tǒng)在元器件正常和故障運行下的安全性和基本性能，容錯控制設(shè)計已經(jīng)在過去的二十年中得到了足夠的重視。現(xiàn)在，已出現(xiàn)兩種比較完善的解決魯棒控制器設(shè)計問題的方法：一種是以算子理論和H∞理論為基礎(chǔ)的魯棒控制理論，較好地解決了當(dāng)正常系統(tǒng)G（s）存在附加未建模動態(tài)△（s）時系統(tǒng)的分析和綜合問題。另一種以參數(shù)空間方法和極點配置理論為基礎(chǔ)的魯棒控制理論，較好地解決了參數(shù)有界不確定性和多模系統(tǒng)的分析和綜合問題。

1 參數(shù)空間法理論

目前，參數(shù)空間方法形成了頻域分析方法和時域分析與設(shè)計方法等理論體系。其中，參數(shù)空間方法在頻域分析與設(shè)計方法也稱為代數(shù)多項式法，主要研究開展系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的特征多項式的系數(shù)攝動對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。時域方法主要研究狀態(tài)方程矩陣元素攝動對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。

考慮一連續(xù)或離散單位閉環(huán)反饋系統(tǒng)，前向通道的GH（s）模塊是系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)（包括控制器），系統(tǒng)的特征方程可表示為

2 運用參數(shù)空間法的算例

研究無人機某工作點下縱向增穩(wěn)回路在傳感器失效下的容錯控制設(shè)計，無人機縱向通道增穩(wěn)回路采用加速度反饋和俯仰角速率反饋。

無人機縱向增穩(wěn)回路狀態(tài)反饋矩陣，傳感器為速率陀螺和法向加速度表。

傳遞函數(shù)為：

給定相關(guān)參數(shù)后，利用參數(shù)空間方法進行計算。

由圖1、圖2可以看出當(dāng)取控制器參數(shù)為（-0.0567，-3.485）時，可以滿足系統(tǒng)的容錯控制。當(dāng)此時發(fā)生加速度傳感器失效故障，即意味著控制器參數(shù)為（0，-3.485），此時無人機對應(yīng)的性能區(qū)域為2，此時無人機飛行品質(zhì)明顯下降，但閉環(huán)系統(tǒng)仍是穩(wěn)定的。當(dāng)此時發(fā)生速度陀螺傳感器失效故障，即意味著控制器參數(shù)為（-0.0567，0），此時無人機對應(yīng)的區(qū)域為3，滿足一定飛行品質(zhì)。

對該系統(tǒng)進行仿真后，相應(yīng)的階躍響應(yīng)圖如圖3、圖4：

3 結(jié)論

高空長航時無人機可以實現(xiàn)對加速度表傳感器失效的魯棒容錯控制，仿真可知，當(dāng)加速度表傳感器失效后，無人機仍具有一定的飛行品質(zhì)，系統(tǒng)仍是穩(wěn)定，這為無人機故障診斷、控制律重構(gòu)提供了前提。而俯仰角速率陀螺傳感器一旦失效，雖然系統(tǒng)仍是穩(wěn)定的，但對系統(tǒng)的品質(zhì)影響較大，因此，在進行無人機容錯控制系統(tǒng)設(shè)計時對俯仰角速率陀螺可采取硬件冗余等措施來提高其可靠性。

參考文獻

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