飞行器故障容错控制方法、装置和电子设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种飞行器故障容错控制方法、装置和电子设备，涉及飞行器容错控制的技术领域，在获取到待控制飞行器的实际仰角信号、分数阶扩增状态观测器输出的观测仰角信号和待控制飞行器的总扰动信号之后，首先利用实际仰角信号与观测仰角信号对飞行器故障进行辨识，确定出待控制飞行器的故障类别，然后利用预设的主动容错策略对非离群数据故障进行修正，以补偿传感器故障，最后根据总扰动信号和修正后的仰角信号对待控制飞行器进行飞行控制。本发明专利技术方法结合了预设主动容错策略与分数阶扩增状态观测器的被动容错策略，从而提高了飞行器自抗扰控制器对故障的鲁棒性，进而有效地缓解了现有技术中飞行器故障容错控制方法存在的可靠性差的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
飞行器故障容错控制方法、装置和电子设备
本专利技术涉及飞行器容错控制的
，尤其是涉及一种飞行器故障容错控制方法、装置和电子设备。
技术介绍
高超声速飞行器所涉及的飞行范围大，飞行环境复杂，系统内部不确定性大，所以需要其控制系统具有很强的容错能力。自抗扰控制器是一种不依赖于被控对象数学模型的高效鲁棒控制器，其对大部分故障和扰动具有较强的鲁棒性，现有的自抗扰控制器大部分是线性自抗扰控制器，由于其结构简单，参数较少，因此，线性自抗扰控制器被广泛应用于高超声速飞行器的容错控制。但是，由于自抗扰控制是数据驱动的控制方法，当高超声速飞行器的传感器出现故障时，传感器反馈数据的准确性降低，进而使得自抗扰控制系统性能将会下降，严重时甚至会导致控制系统失控，造成巨大的经济损失。综上所述，现有技术中飞行器故障容错控制方法存在可靠性差的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种飞行器故障容错控制方法、装置和电子设备，以缓解现有技术中飞行器故障容错控制方法存在的可靠性差的技术问题。第一方面，本专利技术提供一种飞行器故障容错控制方法，包括：获取待控制飞行器上仰角传感器输出的实际仰角信号、分数阶扩增状态观测器输出的观测仰角信号和所述待控制飞行器的总扰动信号；其中，所述分数阶扩增状态观测器用于对所述待控制飞行器的飞行状态进行观测；基于所述实际仰角信号和所述观测仰角信号确定所述待控制飞行器的故障类别；若所述故障类别为除离群数据故障之外的故障，则利用预设主动容错策略对所述观测仰角信号进行修正，得到修正后的仰角信号；基于所述修正后的仰角信号和所述总扰动信号对所述待控制飞行器进行飞行控制。在可选的实施方式中，基于所述实际仰角信号和所述观测仰角信号确定所述待控制飞行器的故障类别，包括：基于所述实际仰角信号和所述观测仰角信号确定所述待控制飞行器的残差仰角信号；对所述残差仰角信号进行处理，得到所述残差仰角信号在多个预设频段上的能量特征；利用预设故障分类模型对所述多个预设频段上的能量特征进行处理，得到所述待控制飞行器的故障类别。在可选的实施方式中，若所述故障类别为数据偏差故障或增益变化故障，则利用预设主动容错策略对所述观测仰角信号进行修正，得到修正后的仰角信号，包括：基于目标故障的故障信息和所述观测仰角信号确定补偿后的仰角信号；其中，所述目标故障包括以下任一种：数据偏差故障，增益变化故障；所述故障信息包括：故障偏离程度和故障偏离方向；利用预设跟踪微分器对所述补偿后的仰角信号进行平滑处理，得到修正后的仰角信号。在可选的实施方式中，若所述目标故障为所述数据偏差故障，则基于目标故障的故障信息和所述观测仰角信号确定补偿后的仰角信号，包括：基于所述目标故障的故障信息确定诊断数据偏差值；基于所述诊断数据偏差值对所述观测仰角信号进行修正，得到所述补偿后的仰角信号。在可选的实施方式中，若所述目标故障为所述增益变化故障，则基于目标故障的故障信息和所述观测仰角信号确定补偿后的仰角信号，包括：基于所述目标故障的故障信息确定诊断估计的增益变化量；基于所述诊断估计的增益变化量对所述观测仰角信号进行修正，得到所述补偿后的仰角信号。在可选的实施方式中，若所述故障类别为卡死故障，则利用预设主动容错策略对所述观测仰角信号进行修正，得到修正后的仰角信号，包括：获取所述待控制飞行器的预设系统控制增益和飞行器抗扰控制系统向所述待控制飞行器发送的仰角控制信号；基于所述预设系统控制增益、所述仰角控制信号和预设状态观测器对所述待控制飞行器的仰角信号进行观测，得到目标仰角信号；利用所述目标仰角信号替代所述观测仰角信号，并将所述目标仰角信号作为所述修正后的仰角信号。在可选的实施方式中，所述分数阶扩增状态观测器表示为其中，z1表示所述观测仰角信号，y表示所述实际仰角信号，e1表示残差仰角信号，表示z1的变化率，z2表示所述观测仰角信号的微分，β1，β2，β3分别表示三个预设可调常数，Dα()，Dη()，Dτ()均表示分数阶微积分算子，α，η，τ均表示分数阶微积分量，表示z2的变化率，z3表示所述待控制飞行器的总扰动信号，b表示所述待控制飞行器的预设系统控制增益，u表示飞行器抗扰控制系统向所述待控制飞行器发送的仰角控制信号，表示z3的微分。第二方面，本专利技术提供一种飞行器故障容错控制装置，包括：获取模块，用于获取待控制飞行器上仰角传感器输出的实际仰角信号、分数阶扩增状态观测器输出的观测仰角信号和所述待控制飞行器的总扰动信号；其中，所述分数阶扩增状态观测器用于对所述待控制飞行器的飞行状态进行观测；确定模块，用于基于所述实际仰角信号和所述观测仰角信号确定所述待控制飞行器的故障类别；修正模块，若所述故障类别为除离群数据故障之外的故障，则利用预设主动容错策略对所述观测仰角信号进行修正，得到修正后的仰角信号；控制模块，用于基于所述修正后的仰角信号和所述总扰动信号对所述待控制飞行器进行飞行控制。第三方面，本专利技术提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述前述实施方式中任一项所述的方法的步骤。第四方面，本专利技术提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行前述实施方式中任一项所述的方法。本专利技术提供的飞行器故障容错控制方法，包括：获取待控制飞行器上仰角传感器输出的实际仰角信号、分数阶扩增状态观测器输出的观测仰角信号和待控制飞行器的总扰动信号；其中，分数阶扩增状态观测器用于对待控制飞行器的飞行状态进行观测；基于实际仰角信号和观测仰角信号确定待控制飞行器的故障类别；若故障类别为除离群数据故障之外的故障，则利用预设主动容错策略对观测仰角信号进行修正，得到修正后的仰角信号；基于修正后的仰角信号和总扰动信号对待控制飞行器进行飞行控制。现有技术中的自抗扰控制器对传感器故障非常敏感，当高超声速飞行器的传感器出现故障时，自抗扰控制系统性能将会下降，容错控制方法的可靠性较差。与现有技术相比，本专利技术提供的飞行器故障容错控制方法，在获取到待控制飞行器的实际仰角信号、分数阶扩增状态观测器输出的观测仰角信号和待控制飞行器的总扰动信号之后，首先利用实际仰角信号与观测仰角信号对飞行器故障进行辨识，确定出待控制飞行器的故障类别，然后利用预设的主动容错策略对非离群数据故障进行修正，以补偿传感器故障，最后根据总扰动信号和修正后的仰角信号对待控制飞行器进行飞行控制。本专利技术方法结合了预设主动容错策略与分数阶扩增状态观测器的被动容错策略，从而提高了飞行器自抗扰控制器对故障的鲁棒性，进而有效地缓解了现有技术中飞行器故障容错控制方法存在的可靠性差的技术问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞行器故障容错控制方法，其特征在于，包括：/n获取待控制飞行器上仰角传感器输出的实际仰角信号、分数阶扩增状态观测器输出的观测仰角信号和所述待控制飞行器的总扰动信号；其中，所述分数阶扩增状态观测器用于对所述待控制飞行器的飞行状态进行观测；/n基于所述实际仰角信号和所述观测仰角信号确定所述待控制飞行器的故障类别；/n若所述故障类别为除离群数据故障之外的故障，则利用预设主动容错策略对所述观测仰角信号进行修正，得到修正后的仰角信号；/n基于所述修正后的仰角信号和所述总扰动信号对所述待控制飞行器进行飞行控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种飞行器故障容错控制方法，其特征在于，包括：
获取待控制飞行器上仰角传感器输出的实际仰角信号、分数阶扩增状态观测器输出的观测仰角信号和所述待控制飞行器的总扰动信号；其中，所述分数阶扩增状态观测器用于对所述待控制飞行器的飞行状态进行观测；
基于所述实际仰角信号和所述观测仰角信号确定所述待控制飞行器的故障类别；
若所述故障类别为除离群数据故障之外的故障，则利用预设主动容错策略对所述观测仰角信号进行修正，得到修正后的仰角信号；
基于所述修正后的仰角信号和所述总扰动信号对所述待控制飞行器进行飞行控制。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述实际仰角信号和所述观测仰角信号确定所述待控制飞行器的故障类别，包括：
基于所述实际仰角信号和所述观测仰角信号确定所述待控制飞行器的残差仰角信号；
对所述残差仰角信号进行处理，得到所述残差仰角信号在多个预设频段上的能量特征；
利用预设故障分类模型对所述多个预设频段上的能量特征进行处理，得到所述待控制飞行器的故障类别。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述故障类别为数据偏差故障或增益变化故障，则利用预设主动容错策略对所述观测仰角信号进行修正，得到修正后的仰角信号，包括：
基于目标故障的故障信息和所述观测仰角信号确定补偿后的仰角信号；其中，所述目标故障包括以下任一种：数据偏差故障，增益变化故障；所述故障信息包括：故障偏离程度和故障偏离方向；
利用预设跟踪微分器对所述补偿后的仰角信号进行平滑处理，得到修正后的仰角信号。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，若所述目标故障为所述数据偏差故障，则基于目标故障的故障信息和所述观测仰角信号确定补偿后的仰角信号，包括：
基于所述目标故障的故障信息确定诊断数据偏差值；
基于所述诊断数据偏差值对所述观测仰角信号进行修正，得到所述补偿后的仰角信号。


5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，若所述目标故障为所述增益变化故障，则基于目标故障的故障信息和所述观测仰角信号确定补偿后的仰角信号，包括：
基于所述目标故障的故障信息确定诊断估计的增益变化量；
基于所述诊断估计的增益变化量对所述观测仰角信号进行修正，得到所述补偿...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋佳，苏江城，赵鸣飞，胡云龙，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11