一种应用于容错飞行控制系统的鲁棒控制分配方法技术方案
【技术实现步骤摘要】
一种应用于容错飞行控制系统的鲁棒控制分配方法
本专利技术属于航天航空容错飞行控制
，特别涉及应用于容错飞行控制系统的鲁棒控制分配方法。
技术介绍
近年来，随着对飞行器安全性和控制性能要求的不断提高，容错飞行控制技术越来越受到重视。飞行器依靠飞行控制系统实现稳定飞行，传统的飞行控制系统只在飞行器完好的条件下可以正常工作，当控制飞行器运动的舵面发生故障时则无法工作。容错飞行控制系统在一定程度上可以解决上述问题，使飞行器在舵面发生故障时仍可稳定飞行。较早的容错飞行控制系统使用故障隔离的方式，将发生故障的舵面进行隔离而不再使用，但如果这些故障的舵面还有剩余的控制效率，则这部分控制效率会被浪费。随后发展起来的主动容错飞行控制技术改善了上述问题，通过引入故障诊断模块，对故障参数进行估计，从而有针对性的修改控制器。与此同时，越来越多的飞行器出于可靠性和控制效能的考虑，都采用了多舵面余度配置，随之发展起来的控制分配技术也得到了广泛应用。对于多舵面飞行器，由于控制输入变量较多，控制器和控制参数调节变得非常复杂。通过引入控制分配器，使飞行控制器只需要针对三轴力矩控制进行设计，大...
【技术保护点】
一种应用于容错飞行控制系统的鲁棒控制分配方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)控制效率矩阵生成：对飞行器模型进行线性化，得到控制效率矩阵B，并引入以矩阵形式的故障参数Λ，用以衡量舵面缺失故障对控制效率的损失；2)建立故障模型，进行故障诊断，估计故障参数：针对舵面缺失故障，建立故障模型，将故障参数Λ转化为线性回归的形式，并使用最小二乘线性回归方法，计算得到故障参数估计结果3)使用故障投影的方法计算每个舵面对应的故障参数估计结果的不确定性ΔΛ，并进行加权平滑：由线性回归模型计算得到力矩偏差该力矩偏差表示根据飞行器运动传感器测量计算的控制力矩y与根据控制效率矩阵计算得到的力矩...
【技术特征摘要】
1.一种应用于容错飞行控制系统的鲁棒控制分配方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)控制效率矩阵生成：对飞行器模型进行线性化，得到控制效率矩阵B，并引入以矩阵形式的故障参数Λ，用以衡量舵面缺失故障对控制效率的损失；2)建立故障模型，进行故障诊断，估计故障参数：针对舵面缺失故障，建立故障模型，将故障参数Λ转化为线性回归的形式，并使用最小二乘线性回归方法，计算得到故障参数估计结果3)使用故障投影的方法计算每个舵面对应的故障参数估计结果的不确定性ΔΛ，并进行加权平滑：由线性回归模型计算得到力矩偏差该力矩偏差表示根据飞行器运动传感器测量计算的控制力矩y与根据控制效率矩阵计算得到的力矩的差值，为故障参数的估计结果的向量形式；将BuU表示为BuU＝[b1,b2,...,bm]，其中，b1,b2,...,bm均为列向量；如果Δy≠0且Δy和bj的向量夹角小于一个阈值，该阈值取值范围5°～20°，则对Δy向bj按式(10)进行投影：对式(10)投影得到的结果进行加权平滑，得到故障参数估计结果的不确定性Δλj，如式(11)所示：其中，w为加权系数，取值范围0.8～0.99；t表示第t个控制周期；Δλj的初值为0，即Δλj(0)＝0；不确定性Δλj表示故障参数λj的真实值属于一个区间内，即其中为向量中第j个元素；4)根据舵面对应的故障参数的不确定性，求解使最差条件下的控制分配误差最小的优化问题，将该优化问题等价转化为一个凸优化问题，并使用原始对偶内点法进行求解，进行鲁棒控制分配：通过调整控制变量u使得当故障参数变化时最差的条件下的||BΛu-vc||最小，vc为控制器生成期望的三轴控制力矩指令，求解优化问题如式(12)所示：其中，ui,min和ui,max表示u向量中第i个元素ui的最小值和最大值；为向量中第i个元素，Δλi为故障参数估计结果的不确定性；根据步骤3)得到λi的取值范围的最小值和最大值分别为：和将优化问题式(12)等价转化为式(13)所示的凸优化问题：其中，τ表示当Λ变化时||BΛu-vc||的上界；uj,min和uj,max分别为u向量中第j个元素uj的最小值和最大值；ΔΛ＝diag([Δλ1,Δλ2,...,Δλm])表示故障参数估计结果的不确定性；表示在取值范围内的所有Λ组成的凸包的顶点组成的集合，其定义如式(14)所示：
【专利技术属性】
技术研发人员：王乾，李清，程农，宋靖雁，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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0来自[北京市电信互联网数据中心] 2015年01月14日 09:37鲁棒控制（RobustControl）方面的研究始于20世纪50年代。在过去的20年中，鲁棒控制一直是国际自控界的研究热点。所谓“鲁棒性”，是指控制系统在一定（结构，大小）的参数摄动下，维持某些性能的特性。根据对性能的不同定义，可分为稳定鲁棒性和性能鲁棒性。以闭环系统的鲁棒性作为目标设计得到的固定控制器称为鲁棒控制器。