Active fault tolerant control for vertical tail damaged aircraft with dissimilar redundant actuation system

This paper proposes an active fault-tolerant control strategy for an aircraft with dissim-ilar redundant actuation system (DRAS) that has suffered from vertical tail damage. A damage degree coefficient based on the effective vertical tail area is introduced to parameterize the damaged flight dynamic model. The nonlinear relationship between the damage degree coefficient and the corresponding stability derivatives is considered. Furthermore, the performance degradation of new input channel with electro-hydrostatic actuator (EHA) is also taken into account in the dam-aged flight dynamic model. Based on the accurate damaged flight dynamic model, a composite method of linear quadratic regulator (LQR) integrating model reference adaptive control (MRAC) is proposed to reconfigure the fault-tolerant control law. The numerical simulation results validate the effectiveness of the proposed fault-tolerant control strategy with accurate flight dynamic model. The results also indicate that aircraft with DRAS has better fault-tolerant control ability than the traditional ones when the vertical tail suffers from serious damage.     

Modeling of reliability and performance assessment of a dissimilar redundancy actuation system with failure monitoring

Actuation system is a vital system in an aircraft, providing the force necessary to move flight control surfaces. The system has a significant influence on the overall aircraft performance and its safety. In order to further increase already high reliability and safety, Airbus has imple-mented a dissimilar redundancy actuation system (DRAS) in its aircraft. The DRAS consists of a hydraulic actuation system (HAS) and an electro-hydrostatic actuation system (EHAS), in which the HAS utilizes a hydraulic source (HS) to move the control surface and the EHAS utilizes an elec-trical supply (ES) to provide the motion force. This paper focuses on the performance degradation processes and fault monitoring strategies of the DRAS, establishes its reliability model based on the generalized stochastic Petri nets (GSPN), and carries out a reliability assessment considering the fault monitoring coverage rate and the false alarm rate. The results indicate that the proposed reli-ability model of the DRAS, considering the fault monitoring, can express its fault logical relation and redundancy degradation process and identify potential safety hazards.     

姿控发动机稳态故障效应分析

在考虑了实际试车过程中已出现过或可能出现的故障的基础上,建立了恒庆挤压式双组元姿态控制发动机系统的稳志故障模型,并利用梯度法对该模型进行了求解。在此基础上进行了几种典型故障的仿真,分析了它们所产生的效应,识别出这些故障的模式。最后给出了用于分离和监测故障的关键参数。     

航空发动机故障诊断系统性能评价与仿真验证

航空发动机故障诊断系统对提高发动机安全性和可靠性具有重要的意义,其性能评价指标包括故障检测率、故障定位率、虚警率等.为此,基于混合卡尔曼滤波器组诊断原理,针对民用航空发动机常见的四种故障搭建了发动机故障诊断系统.采用蒙特卡罗仿真方法,对故障诊断系统在发动机健康和性能退化两种情形下的性能评价指标进行了仿真验证.仿真结果表明,两种情形下诊断系统均满足发动机故障检测率98％以上、故障定位率90％以上、虚警率不大于1％的工程应用需求.     

主动雷达型空空导弹截获概率分析

误差是影响主动雷达型中远距空空导弹武器系统截获得性能的重要因素，通过引入截获目标时间的经验分布函数，提出了基于蒙特卡洛仿真计算导弹截获概率，以及定量评估误差对截获概率影响的方法。仿真结果表明，该方法能够有效分析误差因素对导弹截获得概率的影响，为武器系统误差配置提供计算参考。     

基于时变滑模的高速飞行器复合控制方法

针对高速飞行器机动飞行过程中气动参数随时间变化的问题;提出了一种直/气复合系统的时变控制方法。针对高速飞行器复合控制系统时变模型;在气动力系统中;采用线性二次型调节器设计时变控制律。在此基础上;构建了直接力控制时变受控对象;然后针对该时变系统提出了一种将系统转换为相变量标准型的滑模控制方法。利用Lyapunov-Krasovskii泛函证明了设计的时变复合控制系统的稳定性。仿真表明;与时不变控制器的仿真结果相比;验证了时变复合控制方法的有效性。     

电传飞控系统的蒙特卡罗分析与设计

将蒙特卡罗方法应用在一个纵向电传飞行控制系统纵向控制增稳设计和仿真验证过程中。设计过程包括C*模型跟踪最优设计和蒙特卡罗仿真,仿真的目标参数为纵向操纵期望参数(CAP)和延迟时间。在仿真中引入了包括设计因素、大气扰动和气动导数变化等随机因素。仿真结果表明:最优设计在大多数情况下可以满足一级飞行品质要求。影响飞行品质的主要因素是设计因素和大气扰动,特别是C*理想模型自然振荡频率数值过小会直接影响系统的性能,气动导数的变化对系统影响不大。设计过程也表明,蒙特卡罗方法可以有效支持和优化电传飞控系统的设计和验证过程。     

全修复策略下FADEC系统多故障TLD仿真分析

由于航空发动机全权限电子控制(FADEC)系统的时间限制派遣(TLD)分析是航空发动机型号合格审定的一项必要工作,针对目前FADEC系统的多故障TLD仿真分析方法中没有考虑短时限制派遣(ST)值可变以及维修策略对TLD分析影响的不足,提出了全修复策略下FADEC系统的多故障TLD仿真分析方法。分析和比较了现有的FADEC系统维修策略,按照机会维修或成组维修原理,提出了全修复策略。按照全修复策略,开展了仿真建模分析,设计和研究了多故障TLD的仿真流程和方法。通过实例仿真与分析,验证了所提仿真方法不受FADEC系统中零部件数量的影响,而且相对于单故障Markov模型,增加了占总故障数量8.84%的组合故障,提高了分析精度。     

机场动态排队系统建模研究

对航班延误进行合理的预测是有效缓解机场拥堵、提高机场运行效率的前提。采用蒙特卡罗模拟方法来近似求解排队模型参数,以此得到单位时间内的机场需求量;利用隐马尔可夫模型对机场的服务能力进行建模,以得到单位时间内的机场服务能力。以需求量和服务能力为输入,构建机场动态排队系统,提出延误预测模型,并以天津滨海国际机场为案例进行模型验证。实验结果表明,模拟的误差在可接受范围内,构建的机场动态排队模型可以较好地模拟实际延误。     

基于蒙特卡洛仿真的运输类飞机耗损失效风险评估

风险评估在民机持续适航管理的过程中是验证飞机安全性的重要手段。建立了基于蒙特卡洛仿真的运输类飞机耗损失效场景的风险评估模型,在美国联邦调查局（FAA）提出的安全监测、数据分析（MSAD）流程以及运输类飞机风险评估方法（TARAM）的基础上,对耗损失效情况下的重要风险参数进行计算,基于蒙特卡洛仿真,提出了未控制条件和控制方案条件下的风险评估流程,完善了传统的风险计算流程。并以一仿真机队为例进行风险评估,给出控制方案,并对控制方案进行定量评价,实现了持续适航阶段风险水平与控制方案的评价。     

战术导弹多杀伤概率指标检验方法

针对战术导弹多杀伤概率指标大样本检验的实际问题,提出小样本条件下多杀伤概率指标的联合检验、平均检验和蒙特卡洛随机模拟检验等方法,并在实际试验工程中得到应用。     

交会接近轨迹的闭环斜滑控制算法研究

为了矫正追踪航天器相对接近轨迹的偏离,实现交会轨迹的主动安全控制,在开环斜滑算法的基础上提出了闭环斜滑主动控制方法,包括轨迹控制的闭环斜滑算法和终端控制的闭环斜滑算法。利用某近距离交会接近问题,采用MonteCarlo（蒙特卡洛）打靶仿真,分析比较了开环斜滑算法和2种闭环斜滑算法。结果表明,闭环控制终端偏离明显小于开环情况,同时在较短时间内以较小的速度增量实现了终端状态控制,并且轨迹控制的闭环斜滑算法控制精度小于终端控制算法。     

线性最优调节器的加权阵选择

 本文提出了一种新的线性二次到调节器的加权阵的选择方法。使用这种方法设计的线性调节器具有状态（或输出）调节时间最短、超调量小对初始条件鲁棒性强的特点。提出的递推算法是简便的。这种方法在一个实际的飞行器控制系统设计中得到应用。     

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。     

余度舵机系统的性能降级与可靠性分析

余度舵机是电传飞控系统的关键部件,其通道间存在着较严重的力纷争现象。在建立四余度舵机数学模型的基础上,研究了力均衡算法,对四余度舵机一次故障、二次故障情况下的性能降级和可靠性进行了仿真分析。仿真结果标明,优化的力均衡算法可以有效解决力纷争的问题,四余度舵机可以在一次故障、二次故障的情况下持续工作。采用动态故障树分析方法进行了四余度舵机可靠性分析,证明了其具有非常高的可靠性。     

一种航空发动机相似多变量控制方法

推导了航空发动机线性二次型调节器(LQR)方法相似化公式,分析并指出了存在的问题:(1)在高空低马赫数时,系统响应速度太慢,无法满足快速性要求;(2)在低空高马赫数时,控制增益太高,这一方面可能导致执行机构饱和,另一方面会使控制器在噪声、滞后等干扰情况下性能变坏。本文对相似LQR控制进行了改进,在一定程度上解决了上述问题。本文还证明了改进的相似LQR控制的稳定性,并将其推广至增广LQR方法。      

舱外航天服的轨道空间外热流计算方法

分析了舱外航天服在轨道空间环境的辐射换热热流。采用蒙特卡罗(MonteCarlo)法,计算了航天服及飞船处于各种相对位置时,航天服对飞船的红外辐射角系数;航天服相对于地球位于各种位置时,航天服对地球的红外辐射角系数;在一定太阳照射方向下,飞船及地球对航天服的太阳反射角系数。与文献数据比较,证明此方法计算舱外航天服空间外热流适用性强,结果准确、可靠,能满足工程使用要求。