专利汇可以提供高超声速飞行器多传感器故障的非线性自愈合控制方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开一种高超声速 飞行器 多 传感器 故障的非线性自愈合控制方法,步骤是:针对高超声速飞行器巡航阶段纵向非线性模型,采用输入输出反 馈线 性化技术,得到高超声速飞行器纵向仿射非线性系统;针对得到的系统建立滑模面,设计无故障情况下的滑模 控制器 ;对原健康系统注入多传感器恒偏差故障,设计故障估计方案,具体如下:针对速度通道设计非线性自适应观测器;针对高度通道,设计反步滑模观测器来估计状态量与传感器故障;获得高度与速度传感器故障估计结果后,设计容错控制器,对高度传感器与速度传感器的输出 信号 进行补偿。此种方法可以解决高超声速飞行器纵向系统遭受速度和 角 度通道多传感器故障情况下的容错控制问题,提高系统自愈合能 力 。,下面是高超声速飞行器多传感器故障的非线性自愈合控制方法专利的具体信息内容。
1.一种高超声速飞行器多传感器故障的非线性自愈合控制方法,其特征在于包括如下步骤:
步骤1,针对高超声速飞行器巡航阶段纵向非线性模型,采用输入输出反馈线性化技术,得到高超声速飞行器纵向仿射非线性系统;
步骤2,针对步骤1得到的纵向仿射非线性系统,建立滑模面,设计无故障情况下的滑模控制器;
步骤3,对原健康系统注入多传感器恒偏差故障,针对该带有多传感器故障的系统,设计故障估计方案,具体如下:针对速度通道设计非线性自适应观测器;针对高度通道,设计反步滑模观测器来估计状态量与传感器故障;
步骤4,根据步骤3获得高度与速度传感器故障估计结果后,设计容错控制器,对高度传感器与速度传感器的输出信号进行补偿。
2.如权利要求1所述的高超声速飞行器多传感器故障的非线性自愈合控制方法,其特征在于:所述步骤1中,高超声速飞行器巡航阶段纵向非线性模型如下:
其中,U,L,D,Myy分别代表推力、升力、阻力和俯仰力矩;Iyy表示转动惯量,μ是万有引力常数,r为距地心的径向距离且r=h+Re,Re为地球半径,α是攻角,γ是偏航角,ρ是大气密度,V是水平方向速度,q是俯仰角速率,是升降速度,h是飞行高度,βU为发动机油门开度,定义纵向模型控制向量zT=[V γ α βU h];
力和力矩计算公式与系数如下:
其中,ce为常数,取值ce=0.0292;c是平均空气动力弦长;S是参考机翼面积,CU,CL,CD,CM(α),CM(δe),CM(q)分别是相关的空气动力系数参数。
3.如权利要求2所述的高超声速飞行器多传感器故障的非线性自愈合控制方法,其特征在于:所述步骤1中,采用输入输出反馈线性化技术,转化为如下的仿射非线性形式:
其中
其中
π2=[π21 π22 π23 π24 π25]
其中,βUc为发动机油门开度的指令值,βU为发动机油门开度,δe为舵面偏转角度,g11,g12,g21,g22是控制参数矩阵,ψ1,ψ2,π1,π2分别是关于状态变量的系统方程的一阶和二阶偏导数,x=[V γ h α q βU]T是状态变量,FV,Fh是仿射非线性参数矩阵,ωn为发动机模型的频率,β0是侧滑角初值,控制变量输入zu=[δe βU]。
4.如权利要求1所述的高超声速飞行器多传感器故障的非线性自愈合控制方法,其特征在于:所述步骤2中,设计无故障情况下的滑模控制器的具体过程是:首先设计如下滑模面:
其中常数a,b>0,Vd与hd为给定的参考指令信号;
则滑模控制器如下:
u=G(x)-1(-F(x)-ω-H sgn(s)-Qs)
其中,ω是姿态角速率,H和Q为正定矩阵,sV,sh为辅助滑模面,eV,eh是跟踪误差。
5.如权利要求1所述的高超声速飞行器多传感器故障的非线性自愈合控制方法,其特征在于:所述步骤3中,对原健康系统注入如下形式的多传感器恒偏差故障:
其中Vin和hin是真实的高度与速度信号,Vout与hout是传感器测量信号,fv和fh为传感器故障,tf为故障发生时间。
6.如权利要求5所述的高超声速飞行器多传感器故障的非线性自愈合控制方法,其特征在于:所述针对速度通道设计的非线性自适应观测器设计为:
其中, 为状态估计向量, 为速度传感器故障导数 的估计向量,vvc为待
设计的虚拟控制量,gvx是仿射非线性参数矩阵。
7.如权利要求5所述的高超声速飞行器多传感器故障的非线性自愈合控制方法,其特征在于:所述针对高度通道设计的反步滑模观测器设计为:
其中 为状态估计量, 为高度传感器故障 的导数, 和 分别为系
统参数ghx和fhx的估计量,vhc为待设计的虚拟控制量。
8.如权利要求1所述的高超声速飞行器多传感器故障的非线性自愈合控制方法,其特征在于:所述步骤4中,容错控制器设计为:
ucom=Gcom(x)-1(-Fcom(x)-ωcom-H sgn(scom)-Kscom)
其中ucom为容错控制律,Gcom,Fcom,ωcom,scom为含有补偿后传感器输出信号的变量。
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