基于切换机制的容错飞行控制器设计

摘要

飞行控制器对保证飞机的飞行安全和改善飞行性能等起着极其重要的作用。由于飞行控制对安全性和可靠性的高标准要求，飞行控制器必须要具有良好的容错能力。执行器故障作为控制系统中常见并且种类多样的重要故障之一，对系统的性能影响巨大，然而，传统的容错控制器一般只考虑其中的一种或两种情况。因此，本文将选择对飞机安全性能有重要影响的机翼颤振模型作为被控对象，同时考虑执行器的失效、偏移和卡死故障，以及机翼颤振模型中的非线性和不确定性，设计基于切换机制的容错飞行控制器。
　　本文在对飞行控制器设计的基础理论以及控制器设计思想进行简单介绍之后，为常见的几种执行的故障建立统一的故障模型，同时建立被控对象的数学模型-机翼颤振模型。针对机翼颤振模型和执行器故障模型的特点，本文首先设计一种逻辑切换的自适应容错控制器。考虑到该控制器无法解决执行器卡死故障的问题，利用余度设计理论，为机翼颤振控制系统备份执行器，重新设计调节机制，完成基于切换机制的容错控制器的设计，并证明该控制器的稳定性。最后，建立机翼颤振控制系统的仿真模型，并对设计的控制器的性能进行仿真分析。
　　仿真和分析的结果表明，本文所设计的基于切换机制的容错飞行控制器，应用于机翼颤振模型中，在所有的执行器不全部卡死的情况下，不论在何时出现执行器的何种故障，都能消除机翼的颤振并保证机翼的平稳。这种具有良好的容错性能的控制器能够满足飞行控制对安全性能的要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文的研究背景

1．2 论文的选题依据与意义

1．2．1 飞机作为被控对象的特点

1．2．2 本文设计控制器特点

1．3 容错飞行控制理论的研究现状

1．4 论文章节安排

1．4．1 论文的主要工作

1．4．2 论文章节安排

1．5 本章小结

第2章 容错飞行控制理论

2．1 非线性系统稳定性理论

2．1．1 稳定性概念

2．1．2 Lyapunov稳定性定理

2．2 飞行控制中的不确定性分析

2．3 飞行控制系统故障类型及分类

2．3．1 飞行控制系统故障分类

2．3．2 执行器故障分类

2．4 容错飞行控制器设计方法

2．4．1 余度容错设计

2．4．2 被动容错控制方法

2．4．3 主动容错控制方法

2．4．4 基于切换机制的容错飞行控制器设计思想

2．5 本章小结

第3章 模型的建立

3．1 执行器故障模型的建立

3．2 机翼颤振模型的建立

3．2．1 机翼颤振产生原因

3．2．2 副翼工作原理

3．2．3 F-18 HARV机翼颤振模型的建立

3．3 本章小结

第4章 机翼颤振容错控制器的设计

4．1 系统模型

4．2 基于逻辑切换的自适应容错控制器设计

4．2．1 控制器结构的设计

4．2．2 参数调节机制的设计

4．2．3 稳定性分析

4．3 基于切换机制的容错控制器设计

4．3．1 参数调节的容错机制设计

4．3．2 容错系统的稳定性分析

4．4 本章小结

第5章 机翼颤振容错控制系统的仿真分析

5．1 基于逻辑切换的自适应容错控制系统的仿真与分析

5．1．1 执行器部分失效故障的系统仿真与分析

5．1．2 执行器偏移故障的系统仿真与分析

5．1．3 执行器同时发生失效和偏移故障的系统仿真与分析

5．1．4 执行器卡死故障的系统仿真与分析

5．2 基于切换机制的机翼颤振容错控制系统的仿真与分析

5．2．1 单执行器卡死故障的系统仿真与分析

5．2．2 双执行器故障的系统仿真与分析

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 研究展望

参考文献

致谢