某型涡扇发动机分布式容错控制系统设计与试验验证

为了提高某型涡扇发动机控制系统的安全性和可靠性,提出1种分布式架构下的容错控制方案。基于模块级硬件冗余的思想,设计了包含7个智能节点的基于TTP/C(时间触发协议)总线的发动机分布式容错控制系统,可以实现核心控制节点的硬件备份。基于控制律重构的方法,采用模型参考变结构控制算法设计了容错控制器,可以根据系统故障情况将控制结构切换至无故障的控制回路中。搭建了涡扇发动机分布式容错控制系统硬件在环仿真试验环境,开展了容错控制系统的试验验证。结果表明:在核心控制节点故障时,容错控制系统可以在120 ms内快速启用热备份节点代替故障节点;在非核心控制节点故障时,容错控制系统可以在100 ms内完成控制回路的切换,并保证发动机各状态量不产生明显波动。     

基于解耦矢量控制的五相永磁同步电机容错控制策略

针对五相永磁同步电机两相开路故障的运行工况,提出了一种基于解耦矢量控制理论的故障容错控制策略.该策略通过在两相开路故障下的同步旋转坐标系内建立电机的数学模型,构造解耦变换矩阵,将电流控制中id和iq轴解耦,达到两相开路故障下容错运行的目的 .仿真结果表明,在五相永磁同步电机两相开路故障下,基于解耦矢量控制理论的故障容错控制策略能够实现电机驱动系统的高品质运行,具有控制简单、转矩波动小、容错能力强等优点.     

时间触发以太网拜占庭容错方法的形式化验证

对于时间触发以太网的拜占庭容错方法,已有的推理性论证表明网络的分布式时钟同步机制有利于容错过程中实现交互一致性。为对该容错方法的正确性进行严格验证,进一步采用模型检查的形式化分析手段,通过符号分析实验室(SAL)形式化工具,构建了网络节点模型,建立了时间触发体系结构下的拜占庭容错场景,设定了容错操作活性、一致性和有效性等属性的形式化定理。模型检查的结果表明:在三冗余独立路径条件下,该方法可以容忍一个拜占庭故障,且在存在指令/监视对(COM/MON pair)的条件下可以容忍2个高完整性配置节点的"不一致遗漏"故障。与推理论证手段相比,SAL模型检查为时间触发交换式网络在航空航天高安全关键等级系统中的容错配置提供了更规范的依据。     

故障容错光交叉通道数据链路的可靠性

光交叉通道数据链路(OCCDL)是光传飞行控制系统余度计算机之间进行数据交换的重要途径.为了提高OCCDL系统的可靠性,提出一种新的具有多链路故障容错能力的OCCDL系统.给出了该OCCDL系统的结构配置,分析了系统正常工作和故障工作情况下的工作流程,设计了系统光开关故障、光链路等关键部分的故障容错逻辑,建立了基于马尔...     

基于非对称SVPWM的电动汽车五相永磁无刷电机容错控制

针对电动汽车用五相永磁无刷电机单相开路故障,提出了一种基于非对称空间矢量脉宽调制策略的故障容错控制方案。新型故障容错控制的设计分为两个部分,对五相永磁无刷电机驱动系统开路故障下的电压矢量关系进行了分析,然后对空间矢量调制算法进行改进,即在一个扇区中选择构成不对称波形的开关状态作为输出。该非对称空间矢量调制可以降低非故障相的电流谐波和降低转矩脉动。基于试验平台开展了试验研究,试验结果验证了新型容错控制可实现系统故障期间的低转矩脉动,且保持较好的动态性能。     

ARINC659总线协议容错机制的一种设计与实现

在飞行控制系统中,对系统安全性、可靠性、可用性的要求不断提高,系统的容错控制能力也在不断的发展.ARINC659是一种具有较高吞吐量、严格的故障隔离、数据传输确定特性的数据总线.描述了ARINC659背板数据总线协议规范中使用的两种容错机制,并实现了容错机制,使用verilog语言设计实现并给出了相应的仿真结果,能够有效的实现对一路故障以及部分两路故障的屏蔽保证系统的可靠性.     

一种基于模型的涡扇发动机容错控制策略

针对民用涡扇发动机,研究了一种基于模型的航空发动机容错控制策略.在发动机原有闭环控制系统的基础上,该策略对发动机各控制量进行容错控制修正,达到缓和甚至消除故障对控制系统影响的目的.针对民用涡扇发动机常见的高压压气机和高压涡轮性能退化故障,提出了以恢复发动机运行性能为目的的性能指标,通过遗传算法离线计算得到容错控制计划表,并利用插值计算实现在线容错控制.经仿真验证,该策略控制性能良好、实现简单.结果表明:在确保各温度限制不超标的情况下,受影响较大的增压级喘振裕度恢复至故障发生前的水平,同时风扇与高压压气机喘振裕度的降幅不超过5%,推力的降幅不超过3%.      

非线性主动容错控制系统H∞模糊控制器设计

 考虑到实际主动容错控制(FTC)系统中故障以及故障检测与隔离(FDI)决策出现的随机性,用两个Markov过程分别描述系统的随机故障以及FDI的决策行为。采用Takagi Sugeno(T-S)模糊模型描述非线性主动容错控制系统,并基于并行分布补偿(PDC)方案以及线性矩阵不等式(LMI)优化技术,给出了使得闭环系统随机稳定且满足一个给定H_∞干扰衰减水平的模糊容错控制器设计方法。此外,考虑了一个次优的H_∞模糊容错控制设计问题。最后,倒车控制系统的仿真结果验证了所建议方法的有效性。     

基于软件的无人机故障注入技术研究

故障注入是一种用于容错计算机系统验证的有效技术,其应用效果直接取决于所采用的故障注入方法的正确性。文中采用硬件覆盖和故障模型的方法,模拟无人机系统的硬件故障,并着重讨论了在总线上注入故障的试验策略。然后用软件的方法构造了一个用于测评无人机飞行控制系统容错控制机制的故障注入工具UAVFI_01。在无人机动态测试过程中,故障注入试验结果表明了这种方案的正确性和可行性。     

基于鲁棒故障观测器的非线性离散系统容错控制设计

针对存在执行器故障以及未知干扰的非线性离散系统,提出了一种鲁棒故障估计与容错控制方法。首先在未知系统干扰作用下,设计鲁棒故障观测器实现系统状态和执行器故障的同步估计;然后根据鲁棒故障观测器得到的系统状态估计和故障估计信息设计容错控制器,进行状态反馈容错控制,同时基于D稳定与H_∞控制理论对鲁棒故障观测器和容错控制器进行设计,实现了多约束条件下的故障估计与容错控制;最后用飞行控制系统模型验证了所提方法的有效性。     

Active fault-tolerant control strategy of large civil aircraft under elevator failures

Aircraft longitudinal control is the most important actuation system and its failures would lead to catastrophic accident of aircraft. This paper proposes an active fault-tolerant control(AFTC) strategy for civil aircraft with different numbers of faulty elevators. In order to improve the fault-tolerant flight control system performance and effective utilization of the control surface, trimmable horizontal stabilizer(THS) is considered to generate the extra pitch moment. A suitable switching mechanism with performance improvement coefficient is proposed to determine when it is worthwhile to utilize THS. Furthermore, AFTC strategy is detailed by using model following technique and the proposed THS switching mechanism. The basic fault-tolerant controller is designed to guarantee longitudinal control system stability and acceptable performance degradation under partial elevators failure. The proposed AFTC is applied to Boeing 747-200 numerical model and simulation results validate the effectiveness of the proposed AFTC approach.     

一种可容错的无刷直流电机驱动控制方法

针对反电势为梯形波的永磁无刷直流电机断路故障,提出了一种可容错的驱动控制方法,利用电流传感器对故障进行检测和定位,对发生的一相断路故障,通过在传统三相全桥驱动电路基础上增加一路半桥,并将电机星型连接点引出与之相连,实现故障状态下的容错驱动。在Simulink中建立正常运行模型和容错运行模型,对所提出的驱动方案进行验证和分析。最后,通过实验证明了该方案的可行性以及理论分析和仿真的正确性。     

Design of passive fault-tolerant flight controller against actuator failures

The problem of designing passive fault-tolerant flight controller is addressed when the normal and faulty cases are prescribed. First of all, the considered fault and fault-free cases are formed by polytopes. As considering that the safety of a post-fault system is directly related to the maximum values of physical variables in the system, peak-to-peak gain is selected to represent the relationships among the amplitudes of actuator outputs, system outputs, and reference commands. Based on the parameter dependent Lyapunov and slack methods, the passive fault-tolerant flight controllers in the absence/presence of system uncertainty for actuator failure cases are designed, respectively. Case studies of an airplane under actuator failures are carried out to validate the effectiveness of the proposed approach     

蜂群对抗决策故障下的容错博弈控制

针对大规模分簇蜂群无人机的任务分配问题,考虑对抗场景下某些无人机由于受到敌方攻击或操控,决策规则遭到篡改,进而导致群决策行为与期望的均衡点产生偏差的决策故障。在演化矩阵博弈的框架下,运用多群体复制子动态方程对蜂群无人机和故障建模,基于李雅普诺夫函数对故障发生前后均衡点的局部渐近稳定性及其吸引域进行了分析,从而建立了自容错条件,并设计了基于激励的簇间协同容错博弈控制方法,对群决策行为偏差进行补偿,使得蜂群任务分配状态在故障下仍能达到期望的均衡点,获得理想的分工收益。     

基于1394网络的分布式组合导航系统时序建模与仿真

总线拓扑完整是基于 1394 总线网络的分布式组合导航系统正常、可靠工作的必然要求,为了确保各传感器节点信息的可靠传输,必须在系统工作前进行总线完整性检查,以排除节点或线缆故障可能对系统造成的不利影响。导航计算机在执行总线完整性检查程序时,总线控制器的时钟源将发生切换,这会带来一定的时序问题。针对分布式组合导航系统在某次 1394b 总线完整性检查过程中出现的虚警故障,通过理论分析和建模仿真,对故障时刻的系统运行时序和虚警原因进行探究。结果表明:在进行总线完整性检查时,组合导航计算机与总线控制器时钟异步导致组合导航计算机软件相邻两周期读取 DPRAM 中同一片缓存是系统报出虚警的根本原因。     

Robust fault-tolerant control for wing flutter under actuator failure

Many control laws, such as optimal controller and classical controller, have seen their applications to suppressing the aeroelastic vibrations of the aeroelastic system. However, those control laws may not work effectively if the aeroelastic system involves actuator faults. In the current study for wing flutter of reentry vehicle, the effect of actuator faults on wing flutter system is rarely considered and few of the fault-tolerant control problems are taken into account. In this paper, we use the radial basis function neural network and the finite-time H_∞ adaptive fault-tolerant control technique to deal with the flutter problem of wings, which is affected by actuator faults, actuator saturation, parameter uncertainties and external disturbances. The theory of this article includes the modeling of wing flutter and fault-tolerant controller design. The stability of the finite-time adaptive fault-tolerant controller is theoretically proved. Simulation results indicate that the designed fault-tolerant flutter controller can effectively deal with the faults in the flutter system and can promptly suppress the wing flutter as well.     

基于NFTET的高超声速飞行器再入容错制导

针对以X-33为对象的三自由度高超声速飞行器,采用相邻可行轨迹存在定理(NFTET)设计了容错制导律以解决再入段执行器发生故障的轨迹重构问题。在标称情况下采用预测校正算法生成满足再入过程约束和终端约束要求的再入轨迹;当执行器发生故障时,飞行器气动参数、结构和舵面力矩都可能发生不可预测的变化,原先的轨迹不再满足制导要求,因此需要设计新型容错制导律。针对实际再入制导模型,基于NFTET设计容错制导算法对轨迹进行重构,得到满足故障情况下制导任务的可行轨迹。从仿真结果中可以看出,容错制导算法生成的新轨迹重新回到了约束范围之内,轨迹呈收敛趋势,使得高超声速飞行器从故障恢复到正常飞行状态,提高了飞行器的自主容错能力。     

Fault-tolerant control and vibration suppression of flexible spacecraft: An interconnected system approach

This paper considers a fault-tolerant control and vibration suppression problem of flexible spacecraft. The attitude dynamics is modeled by an interconnected system, in which the rigid part and the flexible part are coupled with each other. Such a model allows us to use the interconnected system approach to analyze the flexible spacecraft. Both distributed and decentralized observer-based fault-tolerant control schemes are developed, under which the closed-loop stability of flexible spacecraft can be ensured by using the cycle-small-gain theorem. Compared with the traditional method, this paper considers the faults occurred not only in the rigid parts, but also in the flexible parts. In addition, the application of the interconnected system approach simplifies the system model of flexible spacecraft, thereby the difficulty of theoretical analysis and engineering practice of fault-tolerant control of flexible spacecraft are greatly reduced. Simulation results show the effectiveness of the proposed methods and the comparison of different fault-tolerant control approach.     

基于模态切换的航空发动机容错控制

综合了航空发动机控制和故障诊断方法,设计了基于模态切换的任务级和发动机级模式的容错控制系统.任务级模式在发动机部件故障时,通过切换控制策略和控制模式达到恢复或降低发动机性能的要求;发动机级模式在控制回路失效时,根据故障情况切换到容错控制回路,从而保证发动机继续正常工作.数字仿真结果表明:在稳态或加速过程中出现部件故障时,容错控制系统都能够100%恢复发动机的推力;在发动机中间、慢车和节流状态下,当压气机转速控制回路失效时,容错控制系统能够在3s内平稳切换到风扇转速控制回路.