舵面损伤的气动模型及故障检测研究

针对飞机舵面损伤故障检测和诊断的气动模型和飞行状态限制，提出了在线故障模式预测方法，并使用某机的故障及正常风洞数据建立了舵面损伤非线性气动模型。最后，仿真验证了该方案的气动模型独立性、飞行状态及操纵的适应性。结果表明，该方法可提高自修复飞控系统中舵面损伤故障检测算法的适用性和工程应用能力。     

非线性椭球集员滤波及其在故障诊断中的应用

 针对带有未知但有界噪声的非线性系统，提出一种椭球集员滤波算法，并将其应用于保证故障检测与隔离。对非线性状态方程和量测方程进行泰勒展开之后，通过区间分析的方法给出线性化余项存在区域的盒子外界描述。假设过程和量测噪声由盒子限界，在算法的时间更新和量测更新过程中，分别计算包含椭球与线段的向量和及椭球与带的交的次最小容积椭球。在椭球集员滤波算法的基础之上，给出传感器故障检测与隔离的方法。由于集员滤波是保证状态估计，因而基于集员滤波算法的故障检测与隔离方法也具有保证性，即如果发出故障警报，则一定有故障发生。一个二维非线性系统的例子说明了该方法的有效性。     

均值检验方法及其在冗余惯性导航系统中的应用

采用了非线性滤波的方法对影响故障检测及分离（FDI）性能的传感器误差进行了补偿,同时提出了故障检测与分离的均值检验方法（MVT）,该方法可以对2个传感器同时出现故障的情况进行检测与隔离。5个陀螺冗余惯性导航系统仿真结果验证了本文算法的有效性。     

非线性系统的BP神经网络在线建模及故障检测

回顾了非线性系统建模、故障检测与诊断（ＦＤＤ）及ＢＰ神经网络应用中存在的问题。提出了一种ＢＰ网络在线阶段自学习方式及应用该方式对非线性系统进行在线建模和故障检测的方法。仿真结果表明,本文提出的方式和方法是可行的     

非线性解耦控制与飞机敏捷性机动

首先介绍了以微分几何控制理论为基础的非线性系统解耦理论，给出了解耦控制律的综合方法及解耦闭环系统平衡点的计算方法，并对解耦系统的稳定性进行分析，随后用非线性解耦理论研究了飞机非线性运动的三种解耦运动模式，并讨论了飞机非线性解耦控制规律的线性近似解，最后用飞机非线性运动的三种解耦运动模式实现了三种形式的敏捷性机动，结果是满意的。为飞机敏捷性，直接力控制和过失速机动问题提供了一种理论研究方法。     

自适应模糊-滑模控制在重构飞行控制中的应用

 论述了综合运用非线性动态逆、自适应模糊系统和滑模控制的优点进行飞行控制律设计的方法。运用非线性动态逆理论对非线性系统进行近似线性化 ,用模糊自适应系统来抵消近似非线性逆带来的误差 ,最终的残差由滑模控制项补偿。根据李亚普诺夫稳定性理论推导了自适应系统权值的调整规律 ,从而保证了闭环系统的稳定性。将此方法应用于带推力矢量飞机重构飞行控制 ,对两类故障的仿真结果表明 :即使系统未检测到故障 ,在较大的舵面损伤情况下 ,飞控系统性能仍能得到很好的保持。     

歼击机结构故障的检测与自修复控制律重构

 针对鲁棒动态逆控制的飞机,提出一种有效的故障检测新方法及自修复控制律重构方法。设计了一种基于理想模型的非线性故障检测器,通过监测残差信号,能够可靠地对各类故障进行辨识,并利用补偿信号来抵消故障舵面产生的影响,可以满足自修复飞行控制的实时性要求。     

基于神经网络预测模型的歼击机结构故障检测方法

提出了一种基于预测神经网络的歼击机结构故障检测新方法 ,与传统的基于模型的非线性系统的故障检测方法相比 ,神经网络方法有着非线性逼近能力强和故障检测实时性好等优点。给出了基于预测神经网络的故障检测方案 ,以及多步直接预测算法和阈值选取原则 ,最后以某型歼击机为例进行了仿真验证 ,仿真结果表明本方法能有效地检测出歼击机的各种结构故障。     

非线性解耦控制理论在飞控系统设计中的应用研究

根据非线性解耦控制理论设计了用升降舵、副翼和方向舵控制飞机迎角、侧滑角和滚转角速度的解耦控制律，并进行了闭环系统数字仿真研究。飞机动力学的数学模型计及了非线性气动力、运动和惯性耦合因素；操纵系统动力学模型中考虑了舵面的惯性，位置和偏转速率限幅，仿真结果表明，所设计的控制律可有效地指令飞机进行大幅值的单自由度或多自由度机动飞行，控制律中的参数变化对闭环系统动态响应影响较显著，容易导致Ｈｏｐｆ分支现象     

基于非线性逆变换的控制选择器设计

提出一种非线性逆变换控制选择器的设计方法，并成功地应用于先进短距起飞／垂直着陆（ＡＳ－ＴＯＶＬ）技术的战斗机控制系统。该方法基于非线性逆变换原理，对飞机进行多气幼舵面和多推力矢量舵面的融合控制，合理地分配飞机上的力和力矩，克服了传统设计方法的不足，使设计简单化。最后通过ＡＳＴＯＶＬ飞机减速过渡的仿真计算与分析，证明了所设计的控制选择器，能够使飞机在低速飞行包线内具有良好的飞行品质。     

推力矢量飞机自适应控制系统仿真平台研究

研究了具有自修复功能的推力矢量飞机自适应控制系统的结构功能特点,研究了RHO优化控制算法实现在线控制器设计,利用MSLS辨识算法实现在线飞行参数辨识和等价空间算法、传感器信息融合技术和概率统计理论实现FDI算法。并且根据系统各个部分的算法,采用面向对象技术语言VC 6.0和三维图形语言OpenGL开发了仿真平台,利用仿真平台实时演示了飞机存在舵面故障情况下的飞行控制系统运行仿真,解决了飞机飞行过程中存在舵面损伤和气动参数变化的问题,该仿真平台可以根据需求进行飞机故障加载,具备完备的推力矢量飞机自适应控制系统仿真功能。     

具有自修复功能间接自适应飞行控制系统研究

分析了具有自修复功能的推力矢量飞机自适应控制系统的结构功能特点,利用RHO优化控制算法实现在线控制器设计,利用MSLS辨识算法实现在线飞行参数辨识,采用等价空间算法、传感器信息融合技术和概率统计理论实现FDI算法。依据系统各个部分的算法开发了仿真平台,对飞机存在舵面故障情况下的飞行控制系统进行仿真,解决了舵面损伤后气动参数变化问题。仿真表明,该控制系统是一个完整、鲁棒、收敛系统。     

Reconfigurable NDI controller using inertial sensor failuredetection & isolation

A modified derivation of nonlinear dynamic inversion provides the theoretical underpinnings for a reconfigurable control law for aircraft that have suffered combinations of actuator failures, missing effector surfaces, and aerodynamic changes. The approach makes use of acceleration feedback to extract information pertaining to any aerodynamic change and thus does not require a complete aerodynamic model of the aircraft. The control law does require feedback of effector positions to accommodate actuator dynamics. Both accelerometer and rate gyro failure detection and isolation (FDI) systems are implemented, allowing up to three independent failures for each FDI system as long as they are in different axes. Nonlinear simulation results show that the FDI systems improve the robustness to accelerometer/rate gyro uncertainties. An advanced tailless aircraft model is used to demonstrate the concepts. The simulation includes accelerometer and rate gyro noise and bias, failures due to accelerometers, rate gyros, and actuators, and modeled missing surfaces that cause airplane aerodynamic changes     

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。     

Non-fragile switched control for morphing aircraft with asynchronous switching

This paper deals with the problem of non-fragile linear parameter-varying (LPV) H∞ control for morphing aircraft with asynchronous switching.The switched LPV model of morphing aircraft is established by Jacobian linearization approach according to the nonlinear model.The data missing is taken into account in the link from sensors to controllers and the link from controllers to actuators,which satisfies Bernoulli distribution.The non-fragile switched LPV controllers are con structed with consideration of the uncertainties of controllers and asynchronous switching phenomenon.The parameter-dependent Lyapunov functional method and mode-dependent average dwell time (MDADT) method are combined to guarantee the stability and prescribed performance of the system.The sufficient conditions on the solvability of the problem are derived in the form of linear matrix inequalities (LMI).In order to achieve higher efficiency of the designing process,an algo rithm is applied to divide the whole set into subsets automatically.Simulation results are provided to verify the effectiveness and superiority of the method in the paper.     

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.     

飞机着陆时的容错导航

研究了飞机在微波着陆环境中的传感器容错系统。该系统的主要目的是检测辅助导航设备和机载传感器的故障,并在这些传感器可能发生故障时提供可靠的飞机状态估计值。自动导航和控制系统利用这些状态估计控制和引导飞机按预定路线降落。     

发动机控制系统限时派遣运行的成本优化方法

限时派遣TLD可以提高飞机的签派可靠度,降低由于航班延误或取消导致的运行损失。面向TLD分析建立了典型发动机控制系统马尔可夫模型,利用连续时间马尔可夫链CTMC推导了状态稳态频率公式,构建了系统单位时间运行成本模型。以平均完整性要求及签派可靠度要求为约束条件,以带故障派遣时间为决策变量,以系统单位时间运行成本以及签派可靠度为优化目标,分别构建了TLD分析的单目标和多目标优化模型。结合简化的发动机控制系统和实际全权限数字式发动机电子控制FADEC系统给出了工程应用实例,验证了模型的有效性。实例表明本文方法能够保证飞机在满足安全性要求和签派可靠度要求的条件下降低运行成本。     

Dynamics modeling and control of a transport aircraft for ultra-low altitude airdrop

The nonlinear aircraft model with heavy cargo moving inside is derived by using the separation body method, which can describe the influence of the moving cargo on the aircraft attitude and altitude accurately. Furthermore, the nonlinear system is decoupled and linearized through the input–output feedback linearization method. On this basis, an iterative quasi-sliding mode(SM)flight controller for speed and pitch angle control is proposed. At the first-level SM, a global dynamic switching function is introduced thus eliminating the reaching phase of the sliding motion.At the second-level SM, a nonlinear function with the property of ‘‘smaller errors correspond to bigger gains and bigger errors correspond to saturated gains' ' is designed to form an integral sliding manifold, and the overcompensation of the integral term to big errors is weakened. Lyapunovbased analysis shows that the controller with strong robustness can reject both constant and time-varying model uncertainties. The performance of the proposed control strategy is verified in a maximum load airdrop mission.     

一种针对结构损伤的非线性容错飞行控制方法

飞机结构损伤会引起气动参数变化,进而影响系统的静稳定性和控制精度。针对具有多输入的非线性飞机模型,利用带有二阶命令滤波器的自适应反步控制方法在线估计飞机气动参数,补偿结构损伤导致的气动参数变化对控制系统的影响,以实现容错飞行控制功能;引入的命令滤波器可以避免反步控制中复杂的求导运算。从理论上分析证明了带有二阶命令滤波器的自适应反步控制的闭环系统稳定性,并给出了控制跟踪误差的理论上界和二阶命令滤波器频率参数选取的下界。通过一个大型客机垂直尾翼脱落场景的仿真实验,验证了所提容错控制方法的有效性。