一种飞行器容错控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种飞行器容错控制方法及系统，涉及飞行器控制领域，方法获取物理空间的飞行器物理实体的状态信息；根据所述飞行器物理实体的状态信息利用数字孪生技术在数字空间搭建与所述飞行器物理实体相匹配的飞行器虚拟模型；根据所述飞行器物理实体的状态信息利用模型预测静态规划技术对所述飞行器虚拟模型的参数进行修正，得到模型参数修正量；根据所述模型参数修正量对所述飞行器物理实体进行容错控制。通过将数字孪生技术和模型预测静态规划技术结合应用到飞行器容错控制领域，实现动态管理控制飞行器物理实体的运行状态，有效提高了飞行的安全性和控制效率。有效提高了飞行的安全性和控制效率。有效提高了飞行的安全性和控制效率。

【技术实现步骤摘要】
一种飞行器容错控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及飞行器控制领域，特别是涉及一种飞行器容错控制方法及系统。

技术介绍

[0002]飞行器的传感器、执行器以及飞行器结构的老化容易导致故障的发生，而一旦发生故障，往往会带来经济上都损失，甚至灾难性的后果。因此，当故障发生时，需要采取更为有效和快速的控制策略，保证故障后的系统仍旧可以安全飞行，避免事故的发生。容错控制作为一种处理故障影响的有效控制手段，已经成为控制领域学者研究的一个热点。
[0003]数字孪生技术是通过建立物理系统的虚拟时空系统模型，在虚拟空间中完成物理实体的映射，进一步对所获取的多物理量信息进行融合、分析、仿真和挖掘，从而达到系统监测、容错控制等目的。目前数字孪生技术主要集中于智能制造领域，尚无飞行器控制系统领域应用数字孪生技术进行容错控制器设计的相关公开技术资料。
[0004]模型预测静态规划结合了模型预测控制与近似动态规划的特点，该方法将最优控制理论引入到控制框架中，对于最优控制问题中的典型的两点边值问题，只需要静态协态矢量来更新控制量，且协态矢量可以通过使用敏感度矩阵来递归计算。由于计算中不存在数值优化的过程，直接给出了解析解，因此在实时性方面有着显著优势。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种飞行器容错控制方法及系统，通过将数字孪生技术和模型预测静态规划技术结合应用到飞行器容错控制领域，实现动态管理控制飞行器物理实体的运行状态，有效提高了飞行的安全性和控制效率。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种飞行器容错控制方法，包括：
[0008]获取物理空间的飞行器物理实体的状态信息；
[0009]根据所述飞行器物理实体的状态信息利用数字孪生技术在数字空间搭建与所述飞行器物理实体相匹配的飞行器虚拟模型；所述飞行器虚拟模型包括飞行器几何模型、飞行器物理模型、飞行器行为模型和飞行器规则模型；
[0010]根据所述飞行器物理实体的状态信息利用模型预测静态规划技术对所述飞行器虚拟模型的参数进行修正，得到模型参数修正量；
[0011]根据所述模型参数修正量对所述飞行器物理实体进行容错控制。
[0012]可选地，所述根据所述飞行器物理实体的状态信息利用数字孪生技术在数字空间搭建与所述飞行器物理实体相匹配的飞行器虚拟模型，具体包括：
[0013]将所述状态信息中的飞行器几何尺寸和飞行器舵面之间的位置关系利用数字孪生技术映射到数字空间，得到所述飞行器几何模型；
[0014]将所述状态信息中的飞行器结构参数利用数字孪生技术映射到数字空间，得到所述飞行器物理模型；
[0015]将所述状态信息中的飞行器飞行环节数据和飞行状态数据利用数字孪生技术映射到数据空间，得到所述飞行器行为模型和所述飞行器规则模型。
[0016]可选地，所述根据所述飞行器物理实体的状态信息利用模型预测静态规划技术对所述飞行器虚拟模型的参数进行修正，得到模型参数修正量，具体包括：
[0017]根据所述飞行器物理实体的状态信息和所述飞行器絮凝模型输出的预测值得到预测误差；
[0018]对所述预测误差进行泰勒展开和参数估计，得到系统参数误差与预测输出误差之间的关系；
[0019]根据所述系统参数误差与预测输出误差之间的关系和敏感度矩阵确定增广目标函数；
[0020]对所述增广目标函数进行求解，得到模型参数修正量。
[0021]可选地，所述增广目标函数的表达式为：
[0022][0023]其中，为增广目标函数，N为一个离散时间区间中的最终步，k为离散后的时间节点，T为矩阵转置，dv
k
为系统参数误差，dy
N
预测输出误差，R
k
为正定矩阵，λ为静态拉格朗日算子，B
k
为敏感度矩阵。
[0024]一种飞行器容错控制系统，包括：
[0025]获取模块，用于获取物理空间的飞行器物理实体的状态信息；
[0026]搭建模块，用于根据所述飞行器物理实体的状态信息利用数字孪生技术在数字空间搭建与所述飞行器物理实体相匹配的飞行器虚拟模型；所述飞行器虚拟模型包括飞行器几何模型、飞行器物理模型、飞行器行为模型和飞行器规则模型；
[0027]修正模块，用于根据所述飞行器物理实体的状态信息利用模型预测静态规划技术对所述飞行器虚拟模型的参数进行修正，得到模型参数修正量；
[0028]容错控制模块，用于根据所述模型参数修正量对所述飞行器物理实体进行容错控制。
[0029]可选地，所述搭建模块，具体包括：
[0030]飞行器几何模型确定单元，用于将所述状态信息中的飞行器几何尺寸和飞行器舵面之间的位置关系利用数字孪生技术映射到数字空间，得到所述飞行器几何模型；
[0031]飞行器物理模型确定单元，用于将所述状态信息中的飞行器结构参数利用数字孪生技术映射到数字空间，得到所述飞行器物理模型；
[0032]飞行器行为模型和飞行器规则模型确定单元，用于将所述状态信息中的飞行器飞行环节数据和飞行状态数据利用数字孪生技术映射到数据空间，得到所述飞行器行为模型和所述飞行器规则模型。
[0033]可选地，所述修正模块，具体包括：
[0034]预测误差确定单元，用于根据所述飞行器物理实体的状态信息和所述飞行器絮凝模型输出的预测值得到预测误差；
[0035]泰勒展开和参数估计单元，用于对所述预测误差进行泰勒展开和参数估计，得到系统参数误差与预测输出误差之间的关系；
[0036]增广目标函数确定单元，用于根据所述系统参数误差与预测输出误差之间的关系和敏感度矩阵确定增广目标函数；
[0037]求解单元，用于对所述增广目标函数进行求解，得到模型参数修正量。
[0038]可选地，所述增广目标函数的表达式为：
[0039][0040]其中，为增广目标函数，N为一个离散时间区间中的最终步，k为离散后的时间节点，T为矩阵转置，dv
k
为系统参数误差，dy
N
预测输出误差，R
k
为正定矩阵，λ为静态拉格朗日算子，B
k
为敏感度矩阵。
[0041]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0042]本专利技术获取物理空间的飞行器物理实体的状态信息；根据所述飞行器物理实体的状态信息利用数字孪生技术在数字空间搭建与所述飞行器物理实体相匹配的飞行器虚拟模型；所述飞行器虚拟模型包括飞行器几何模型、飞行器物理模型、飞行器行为模型和飞行器规则模型；根据所述飞行器物理实体的状态信息利用模型预测静态规划技术对所述飞行器虚拟模型的参数进行修正，得到模型参数修正量；根据所述模型参数修正量对所述飞行器物理实体进行容错控制。通过将数字孪生技术和模型预测静态规划技术结合应用到飞行器容错控制领域，实现动态管理控制飞行器物理实体的运行状态，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞行器容错控制方法，其特征在于，包括：获取物理空间的飞行器物理实体的状态信息；根据所述飞行器物理实体的状态信息利用数字孪生技术在数字空间搭建与所述飞行器物理实体相匹配的飞行器虚拟模型；所述飞行器虚拟模型包括飞行器几何模型、飞行器物理模型、飞行器行为模型和飞行器规则模型；根据所述飞行器物理实体的状态信息利用模型预测静态规划技术对所述飞行器虚拟模型的参数进行修正，得到模型参数修正量；根据所述模型参数修正量对所述飞行器物理实体进行容错控制。2.根据权利要求1所述的飞行器容错控制方法，其特征在于，所述根据所述飞行器物理实体的状态信息利用数字孪生技术在数字空间搭建与所述飞行器物理实体相匹配的飞行器虚拟模型，具体包括：将所述状态信息中的飞行器几何尺寸和飞行器舵面之间的位置关系利用数字孪生技术映射到数字空间，得到所述飞行器几何模型；将所述状态信息中的飞行器结构参数利用数字孪生技术映射到数字空间，得到所述飞行器物理模型；将所述状态信息中的飞行器飞行环节数据和飞行状态数据利用数字孪生技术映射到数据空间，得到所述飞行器行为模型和所述飞行器规则模型。3.根据权利要求1所述的飞行器容错控制方法，其特征在于，所述根据所述飞行器物理实体的状态信息利用模型预测静态规划技术对所述飞行器虚拟模型的参数进行修正，得到模型参数修正量，具体包括：根据所述飞行器物理实体的状态信息和所述飞行器絮凝模型输出的预测值得到预测误差；对所述预测误差进行泰勒展开和参数估计，得到系统参数误差与预测输出误差之间的关系；根据所述系统参数误差与预测输出误差之间的关系和敏感度矩阵确定增广目标函数；对所述增广目标函数进行求解，得到模型参数修正量。4.根据权利要求3所述的飞行器容错控制方法，其特征在于，所述增广目标函数的表达式为：其中，为增广目标函数，N为一个离散时间区间中的最终步，k为离散后的时间节点，T为矩阵转置，dv
k
为系统参数误差，dy
N
预测输出误差，R
k
为正定矩阵，λ为静态拉格朗日算子，B
k
为敏感度矩阵。5.一种飞行器容错控制系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：扈晓翔，李奥，肖冰，李红增，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：