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基于高超声速飞行器抗干扰故障诊断控制

内容来源:机械设计与制造工程杂志      浏览次数:268      更新时间:2019-02-20

                                         叶杨飞1,徐露兵1,沈宝国1,孙小康2
                      (1.江苏航空职业技术学院镇江市无人机应用创新重点实验室,江苏 镇江〓212134)
                                    (2.扬州高等职业技术学校机电工程系,江苏 扬州〓225000)
摘要:提出一种高超声速飞行器抗干扰及故障诊断跟踪控制策略,对于外部干扰通过设计干扰观测器对其进行估计和抵消,达到抗干扰目的;针对故障,通过设计带有投影算法的自适应滤波器,对系统故障进行估计,进而保证闭环系统的稳定。进一步,结合线性矩阵不等式以及Lyapunov函数稳定性分析,保证增广状态系统在干扰和故障双重作用下,仍能保证闭环系统具有很好的动态特性。最后通过MATLAB/Simulink的仿真分析验证了算法的有效性。
关键词:抗干扰;故障诊断;高超声速飞行器;投影算法;线性矩阵不等式;Lyapunov
中图分类号:V249〓文献标识码:A〓文章编号:2095-509X(2018)12-0075-04


  对高超声速飞行器的研究,其难点主要集中在它是一个复杂的多变量系统,具有强耦合和非线性特性。干扰观测器起源于20世纪80年代,其抗干扰方法已较为成熟高超声速飞行器在受到干扰和出现故障时怎样保证其动态系统的稳定性,引起了广大学者的关注。目前对高超声速飞行器的研究取得了一定的成果。如文献采用遗传算法设计模糊逻辑控制器,并将其应用在X-43A高超声速飞机的姿态控制中;文献[10]提出了一种基于模型预测控制和扩展线性化方法的高超声速飞行器跟踪控制策略;文献[11]提出了一种用自适应滑模干扰观测器来提高系统鲁棒性的方法,并将该方法应用到X-33飞行器的再入飞行中;文献[12]将终端滑模控制方法和RBF神经网络以及模糊干扰观测器相结合,并将其应用到空天飞行器的再入姿态飞行中。另外,在文献[13]~[15]中针对高超声速飞行器的故障问题,相关学者提出了一些新颖的解决方法,并达到预期的效果,但是这些方法通常针对线性化之后的模型,很难将其推广到阶次较高的非线性系统中。
   本文基于高超声速飞行器纵向线性化之后的模型,在考虑外部干扰和故障的影响下,运用自适应投影算法以及设计干扰观测器,达到故障估计及对干扰补偿的效果。进一步,基于线性矩阵不等式,求解出相应的滤波器增益和观测器增益,结合Lyapunov函数分析方法,保证闭环系统在故障和干扰双重影响下系统的稳定特性。最后通过MATLAB/Simulink仿真验证了所提算法的有效性。

1〓高超声速飞行器建模
1.1〓高超声速飞行器纵向模型
高超声速飞行器是一个复杂的非线性系统。本文的研究以美国兰利实验室公开的锥形体(winged-cone)高超声速概念飞行器为例,其全状态非线性运动方程如下:
.....

基金项目:2017年度江苏航空职业技术学院院级课题资助项目(JATC17010104)
作者简介:叶杨飞(1989—),男,江苏泰兴人,江苏航空职业技术学院助教,主要从事飞行器系统故障诊断研究。


文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289)

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