基于自适应滑模观测器的航空发动机故障诊断

为解决现有航空发动机基于模型的在线故障诊断方法存在对模型精度要求高等的问题,利用滑模方法设计一种自适应滑模观测器对航空发动机进行在线故障重构、诊断与隔离。对传感器故障和执行机构故障分别设计了重构算法,针对两者重构故障的特点提出了判断逻辑,讨论了设计参数对于观测效果与抖振的影响。 Matlab/Simulink仿真结果显示,重构的故障与实际故障基本吻合,对故障的诊断、隔离、定位具有良好效果,并对环境不确定性具有优良的鲁棒性。     

基于改进小波变换和包络分析的滚动轴承故障诊断

采用改进的小波分解和重构算法与包络分析相结合的方法,提取滚动轴承振动信号的故障特征频率。改进的小波分解和重构方法避免了 Mallat 算法频率混淆的缺陷,通过对重构信号特定频带进行包络分析,更加准确地提取了滚动轴承的故障特征频率。通过对无故障滚动轴承和内圈、外圈有故障的滚动轴承振动信号的分析,说明这种方法能够有效诊断滚动轴承的故障,并将该方法成功应用于某型航空发动机主轴承故障诊断。     

直升机作动器故障后的重构飞行控制

针对具有三点式布局作动器构型的单旋翼带尾桨的样例直升机,采用倾斜器故障重构控制方法,对各主桨作动器在不同故障模式下的故障重构控制进行了研究。仿真结果表明,采用倾斜器故障重构控制策略可明显改善主桨作动器故障后的控制能力。研究结果可为单旋翼带尾桨直升机作动器故障的重构控制提供一种可能的解决方案。     

临近空间艇载计算机余度管理策略研究

平流层飞艇是可靠性要求很高的系统,需要由具有容错能力的艇载计算机来进行控制和管理。针对艇载计算机采用的余度结构进行了软件管理策略的研究和设计,提出了基于异构总线的握手机制节点故障检测方法、基于“看门狗”与“心跳”相结合的 CPU 故障检测方法、基于节点健康矩阵的互援式总线重构方法及基于有限状态机的多 CPU 并行处理系统自适应重构方法。故障注入试验表明,艇载计算机在遇到故障时能实时检测出故障,诊断故障类型,并对故障进行处理,实现系统重构,保证了平流层飞艇长期驻空时的安全飞行。     

某型涡扇发动机控制系统传感器故障诊断研究

研究利用卡尔曼滤波器及多重故障假设检验方法来检测某发动机控制系统传感器硬、软故障,并实现故障传感器的输出重构。给出了传感器故障诊断原理及算法,针对传感器常见典型故障进行了故障诊断过程仿真。仿真结果表明,所研究的方法能及时、有效的检测到故障传感器,并对其进行隔离和重构,没有发生误报和漏报现象。      

飞机操纵面故障研究及其补偿重构

进行了自修复飞行控制系统各操纵面的单独／组合故障分类，研究了不同种类，不同组合，不同程度的故障下的飞机特性，分析了各种故障的影响；针对不同的故障模式分别进行了控制律重构设计并对飞机重构后的稳定性及操纵品质进行了仿真研究。结果表明，在非极端故障下，现有操纵面权限范围内，可以保证稳定飞行并具有可接受的操纵品质。     

基于H_∞飞控系统重构方法研究

将飞机的重构控制问题转化为H∞控制问题,并运用H∞方法对故障时的飞行控制系统进行了重构,运用残差方法实现了故障的检测、隔离。仿真结果表明,所设计的重构控制律在舵面受损的情况下能够使飞机保持良好的飞行性能。     

基于线性规划的多操纵面重构控制研究

为实现多操纵面飞机的重构控制,提高飞机飞行的安全性能,提出了一种基于线性规划的多操纵面重构控制策略.针对操纵面卡死、松浮、损伤等典型故障情况,推导了相应的重构分配器,通过基于线性规划的直接分配方法来实现在操纵面故障下的重构控制.仿真结果表明,该控制策略能有效处理典型操纵面故障,发生故障时仍能快速跟踪控制指令,保证较好的...     

航天器姿控系统的PD型学习观测器故障重构

针对满足Lipschitz条件的航天器姿态控制系统这一非线性系统中存在的执行器加性故障、空间干扰与测量噪声问题,提出了基于PD型迭代学习观测器的故障重构方法。该方法具有期望的鲁棒性能指标,能够在系统存在空间干扰与测量噪声情况下实现对突变故障与时变故障等故障类型的精确重构。基于线性矩阵不等式技术给出系统化PD型迭代学习观测器的设计方法,并根据Lyapunov稳定性理论对上述设计方法的稳定性条件进行了理论证明,同时利用鲁棒技术抑制空间干扰与测量噪声对执行器故障重构的影响,通过线性矩阵不等式工具箱求解观测器参数矩阵。最后,将该方法应用到航天器姿态控制系统中,仿真结果证明了该方法的有效性。     

飞控系统功能重构技术研究

探讨了执行机构在“有效资源永不放弃”原则下所采用的功能重构方法。采用伪逆法针对飞控系统操纵面损坏故障进行了功能重构研究,通过仿真证明该重构方法的有效性。     

MIMO变结构飞行重构控制系统设计

基于滑模变结构控制,提出一种MIMO(multiple input multiple output)的飞行重构控制系统的频域设计方法.将滑模变结构控制与飞行重构控制相结合,解决了飞行重构控制技术中故障检测和系统参数辨识的问题.引入渐近观测器和hedge模型增加重构控制系统对衍生未建模动态的鲁棒性;引入作动器模型、输出饱和限制和驾驶员模型,使变结构重构控制系统设计方法变得更为有效和实用;以某型飞机的横航向飞行控制系统为例,进行设计模拟.结果表明:在飞机气动参数大幅突变和操纵面严重受损的情况下,飞机仍能保持良好的性能.      

Integrated active fault-tolerant control using IMM approach

An integrated fault detection, diagnosis, and reconfigurable control scheme based on interacting multiple model (IMM) approach is proposed. Fault detection and diagnosis (FDD) is carried out using an IMM estimator. An eigenstructure assignment (EA) technique is used for reconfigurable feedback control law design. To achieve steady-state tracking, reconfigurable feedforward controllers are also synthesized using input weighting approach. The developed scheme can deal with not only actuator and sensor faults, but also failures in, system components. To achieve fast and reliable fault detection, diagnosis, and controller reconfiguration, new fault diagnosis and controller reconfiguration mechanisms have been developed by a suitable combination of the information provided by the mode probabilities from the IMM algorithm and an index related to the closed-loop system performance. The proposed approach is evaluated using an aircraft example, and excellent results have been obtained     

Integrated fault estimation and fault-tolerant control for a flexible regional aircraft

The article focuses on the design and application of an active reconfigurable controller that mitigates the effects of gust load and actuator faults on a flexible aircraft. A novel integrated adaptive output feedback scheme is investigated to address the actuator faults. The real-time fault values provided by the fault estimation module are considered in the reconfigurable control law to improve the fault-tolerant capability. The estimate values of faults and control gains are calculated by anal...     

航空发动机数控系统多故障识别

提出了一种基于模糊逻辑的航空发动机数控系统多故障的识别方法.首先采用Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型描述一种涡喷发动机数控系统的非线性模型,然后应用全解耦奇偶方程进行多故障的检测和隔离,并结合卡尔曼滤波器识别出传感器和执行器故障参数.仿真结果表明,针对传感器和执行器同时发生故障的情况,此方法能有效检测故障,并能准确识别出故障参数.      

Reconfigurable fault-tolerant control for supersonic missiles with actuator failures under actuation redundancy

Aircraft undergoing actuator failures into under-actuation have been seldom studied in literature. Aiming at addressing actuator failures of Total Loss of Effectiveness (TLOE) as well as Partial Loss of Effectiveness (PLOE) resulting in different system actuations, reconfigurable Fault-Tolerant Control (FTC) is proposed for supersonic wingless missiles under actuation redundancy. The under-actuated system of TLOE failure patterns is solved by transformation to cascade systems through a ‘shape variable’. Meanwhile, actuator TLOE faults of different unknown failure patterns from proper actuation to under-actuation are accommodated by a reconfigurable adaptive law on a multiple-model basis. The backstepping technique with the Extended State Observer (ESO) method adopted as a basic strategy is applied to an established symmetric coupled missile system with actuator PLOE faults, modeling errors, and external disturbances. Additionally, the nonlinear saturation characteristics of actuators are settled by an auxiliary system with the Nussbaum function technique. The stability of the control system is analyzed and proven through Lyapunov theory. Numerical simulations are implemented in the presences of aerodynamic uncertainties, gust disturbance, and actuator failures. Results demonstrate the effectiveness of the proposed method with satisfactory tracking performance and actuator fault tolerance capacity.     

基于模糊模型的鲁棒自适应重构飞行控制

提出了一种基于模糊模型的歼击机鲁棒自适应重构控制方案。整个控制方案基于T S模糊模型,将歼击机各飞行状态的局部线性调节器与鲁棒自适应神经网络重构控制器相结合,避免了传统的增益预置方法中控制律在不同工作点之间切换造成的参数突变对系统性能的影响,可以保证系统在全局上拥有局部工作点具有的期望性能,证明了重构系统的全局闭环渐近稳定性。所提出的带有补偿项的完全自适应RBF神经网络,通过在线自适应调整RBF神经网络的权重、函数中心和宽度,提高了神经网络的学习能力,同时通过自适应补偿项来在线估计神经网络的近似误差边界,可以有效地在线修正建模误差、外扰及操纵面故障等因素的影响,保证系统的操纵品质。仿真结果表明了所提出方法的有效性。     

基于重构系统的永磁交流伺服系统在线转动惯量辨识

为了使伺服系统在负载变动下得到优良的动态响应,提出了一种基于实际电机控制系统输入输出构建的非线性可调重构模型,对实际系统进行重构,并根据收敛之后的重构模型参数,完成电机关键机械参数的准确辨识。其中,全维观测器用来获得电机负载转矩状态观测量,与输入电磁转矩一同作为所构建的自适应机构的输入参数;当可调重构系统的输出与实际系统的输出为无差收敛时,实现对实际系统的重构。仿真和试验验证了该方法的可行性和有效性,能够对模型中预设的不同转动惯量进行准确的辨识。     

Fault tolerant control system design with explicit consideration of performance degradation

A new approach is proposed for active fault tolerant control systems (FTCS), which allows one to explicitly incorporate allowable system performance degradation in the event of partial actuator fault in the design process. The method is based on model-following and command input management techniques. The degradation in dynamic performance is accounted for through a degraded reference model. A novel method for,selecting such a model is also presented. The degradation in steady-state performance is dealt with using a command input adjustment technique. When a fault is detected by the fault detection and diagnosis (FDD) scheme, the reconfigurable controller is designed automatically using an eigenstructure assignment algorithm in an explicit model-following framework so that the dynamics of the closed-loop system follow that of the degraded reference model. In the mean time, the command input is also adjusted automatically to prevent the actuators from saturation. The proposed method has been evaluated using the lateral dynamics of an F-8 aircraft against actuator faults subject to constraints on the magnitude of actuator inputs. Very encouraging results have been obtained.     

基于蒙特卡罗仿真的FADEC系统多故障TLD分析方法

航空发动机电子控制系统的时间限制派遣(TLD)分析是飞机系统安全性分析的重要内容,是商用飞机及航空发动机型号合格审定的一项必要工作,传统方法无法解决多故障情形下的TLD问题。对多故障TLD方法进行了研究,提出了多故障派遣时的派遣间隔决策方法与维修策略决策原则,基于蒙特卡罗仿真提出了多故障TLD分析方法,结合具体案例验证了方法的有效性,并针对典型全权限数字式电子控制系统(FADEC)进行了多故障TLD分析。结论表明,与单状态马尔可夫模型方法相比,本文方法具有较高的精度,误差在0.25%左右,同时能够避免马尔可夫过程繁琐的建模工作,并且具备工程实用性。