改进的强跟踪飞机舵面快速故障诊断方法

针对多模型自适应估计(multiple model adaptive estimation,MMAE)方法适应突变故障能力差、多重渐消因子强跟踪算法滤波发散、故障条件概率计算量大等问题,提出一种改进的多重渐消因子强跟踪多模型自适应估计(strong tracking multiple model adaptive estimation,STMMAE)快速故障诊断方法。通过多重渐消因子提高了故障突变时滤波器的跟踪性能;通过改进一步预测协方差阵更新方程,保证了滤波器稳定性,提高了估计精度;采用基于欧几里得范数的飞机舵面故障概率快速计算方法,降低了故障概率计算量。对比仿真表明,该算法跟踪性强、速度快、精度高,具有较好的鲁棒性和稳定性。

基于限制最小二乘估计的飞机舵面故障诊断方法

飞机在空中飞行时,如果舵面出现故障,将会严重的影响飞机机动,重则坠毁,因此能够实时检测出故障,可以极大地提高飞机的生存性和机动性,基于限制最小二乘方法能够鲁棒的辨识出飞机舵面的故障情况,克服由于噪声和小激励带来辨识不准确的问题,是一种很好的飞机舵面故障检诊方法。

水下航行器X字型舵面故障分析与仿真

X字型舵水下航行器与十字型舵水下航行器相比,舵机系统具有功能冗余性。目前国内对舵机系统的故障诊断主要是针对十字型舵,而对于X字型舵的研究还比较少。针对上述情况,论文分析了X字型舵与十字型舵水下航行器舵面布局的差异以及X字型舵水下航行器流体动力特性,建立了X字型舵水下航行器力及力矩模型,研究了X字型舵在舵面故障情况下动力特性的改变,给出了X字型舵舵面损伤时横滚角的动态变化。仿真结果表明,X字型舵水下航行器在舵面损伤时横滚角趋于发散,通过设置合适的观测器,就能检出该故障,对进一步研究X字型舵水下航行器的故障诊断具有重要的作用。

小型无人机舵面故障的控制重构设计

小型无人机一般采用单余度设计,舵面故障后重构控制只能根据系统解析冗余进行设计,传统辨识方法复杂而且往往不能满足无人机重构控制的实时性。对由于舵面故障多样性引起的无人机参数大范围跳变进行分析,采用基于线性模型的方法离线重构控制器参数,实际飞行中在线自适应选择控制律,并针对存在大扰动的重构过程设计了动态补偿方案,保证无人机在故障发生后重构完成前的过渡过程的安全性。仿真实验表明,该方法能满足无人机舵面故障时控制律重构的实时性要求,保证过渡过程平稳,而且基于线性模型的控制器设计方法简便,工程实用性强。

882KW拖轮舵异响故障分析与排除

“粤工拖33”轮是一艘双机、双桨、双舵、主机功率882KW的新造沿海拖轮。95年3月份因海损进我厂检修,船方提出该轮在航行时右舵部位一直有异常响声,右艉部振动比左边大,要求我厂修理排除。 一、外观检查及疑点拆检 船舶舵系异响常来自水下部位,发生于舵杆下承、舵杆与舵叶联接法兰以及舵销承等部位,多因轴承配合间隙过大或某些零件松动脱落所致,航行时受水流冲击或摆舵时突然受力撞击发生金属敲击声并拌有振动。但该拖轮是近期出厂的新船,舵杆及舵销各轴承相对摩擦时间很短,配合间隙不会过大,因此可能是各配合组件安装质量存在问题,应重点检查水下相关部位之零部件。 “粤工拖33”轮配置的是导管舵,推舵装置为液压撞杆式舵机,舵舱内与右舵相关之联接件经检查均未发现异常。水下部份检查,舵杆下承铜套间隙正常,各紧固螺栓及铜套本身无松动。舵杆与导流管联接法兰各螺栓完好无损、无松动。螺旋桨及附件无异常。

基于核自适应滤波的多操纵面飞机多模型舵面故障诊断

针对多模型自适应估计方法中精确的飞机数学模型难以获得和模型存在非线性等问题,引入核自适应滤波器(KAF)替换卡尔曼滤波器,提岀了一种新的多模型自适应估计故障诊断方法。通过核方法将复杂的非线性系统映射到高维特征空间中,在该空间中设计线性自适应滤波器,无需预先知道精确的飞机数学模型,通过控制输入信号和姿态输出信号的训练数据训练核自适应滤波器,进而在线估计飞机的飞行状态,完成飞机舵面的故障检测与隔离。扩展了KAF的使用范围,改进了传统的状态估计故障诊断方法。研究成果可为降低飞机因舵面故障而引起的事故,提高飞机的生存性提供理论和技术支撑,具有一定的军事意义和良好的应用价值。

一种舵面故障导弹控制分配优化方法

该文研究了一种多操纵面导弹舵面故障情况下的控制分配优化设计方法,建立了相应的控制分配优化模型。针对由于多组基底效率相同产生的控制分配结果的跳变问题,基于基排序思想提出了一种基底选择方法。通过与传统分配方法的分配结果进行比较,验证了该文方法的有效性和灵活性。该文结果可为导弹的容错控制提供基础。

无动力或舵设备故障船舶在港内的拖带作业

无动力或者舵设备发生故障的船舶在实际生产中经常遇到,这些故障船舶的拖带不同于船舶进出船坞和海上拖带。此文对这些故障类型对船舶操纵的影响进行了分析,并结合拖轮的拖带方式,针对不同的故障情况采取相应的拖带措施。

无动力或舵设备故障船舶在港内的拖带作业分析

随着海洋开发的加快与航运事业的发展,无动力或舵设备障碍船舶的拖带作业成为航运业的重要组成部分,如何进行无动力或舵设备船舶的拖带工作是海事管理机关与海洋工程技术人员重点关注的问题。而港内的拖带作业因为海港的水域及水深特点,与海上拖航有着显著不同,因而对港内无动力或舵设备故障船舶的拖带作业进行研究具有重要意义。本文基于船舶故障对船舶操作的影响进行分析,结合海港的特殊性质与具体的拖带方式,对故障船舶的拖带作业提出相应的应对策略,以保障拖带作业的顺利进行与其他船舶的航行安全。

AUV舵面故障的直接自修复控制

为了提高水下航行器(AUV)控制系统的可靠性,提出了基于模型跟随法的直接自修复控制方案,通过寻找故障发生后立即产生作用且与故障的具体信息无关的直接自修复控制规律,使故障AUV迅速恢复正常工作状态。该方案无需故障辨识就可以实现多个舵面故障的完全自修复,在AUV无故障时对其性能没有任何损失,并对扰动有良好的纠偏能力。上述特点和结论均得到了数学上的严格论证和仿真结果的有效支持。

4700 DWT果汁运输船舵系失效故障及排除

本文分析了4 700 DWT果汁运输船舵系失效的原因及排除措施。

基于观测器的AUV定深滑模容错控制

为了保证欠驱动自治水下机器人(AUV)在受到外界干扰以及舵出现故障情况下仍具有良好的定深性能,提出了一种基于干扰故障观测器的滑模容错控制器。首先针对带有干扰和故障项的AUV六自由度模型进行解耦得到AUV的垂直面模型,将垂直面模型化为向量形式;然后设计干扰故障观测器观测出干扰和故障,并由观测得到的干扰和故障值设计滑模控制器(SMC);最后通过Lyapunov定理证明稳定性并进行仿真验证,仿真结果表明提出的控制器具有良好控制效果。

未知故障下的飞机自适应控制

飞机动力学模型因受损或者其他未知故障时,预先设计的飞机控制律可能会无法满足飞机的稳定飞行,从而需要设计自适应控制律以保证飞行安全.本文以非线性的NASA-GTM通用飞机模型为对象,运用基于回顾成本的自适应控制方法(RCAC)进行飞机未知故障情况下的平稳飞行控制,包括机体结冰与控制舵面卡死两种故障情况.根据飞机局部线性化模型得到系统马尔科夫参数来设计基于输出反馈的RCAC控制器.通过最优化回顾代价函数来更新RCAC控制器增益,从而调节飞机引擎与控制舵面的输出来补偿由未知故障带来的影响.仿真结果表明在未知故障情况下,RCAC能够很好地通过自适应调整控制器的增益来保证飞机的平稳飞行和控制指令跟踪.

考虑拓扑故障的无人机编队容错控制方法研究

针对无人机编队在拓扑故障、舵面故障、执行器故障和不确定性情况下的控制问题,提出了一种编队容错控制方法。首先建立了编队运动模型和无人机运动模型;然后在拓扑故障检测方法的基础上,提出了拓扑故障重构优化算法,实现最小通信代价和队形重构代价的编队拓扑故障重构优化;在反步容错控制方法的设计过程中,通过执行器故障辨识模块和辅助系统模块来对执行器故障和舵面故障进行估计和补偿,实现执行器故障、舵面故障和不确定性条件下的编队稳定飞行。仿真结果验证了所设计的拓扑故障下无人机编队反步容错控制方法的优越性。

推力矢量飞机鲁棒故障检测与辨识和指令滤波容错控制系统设计

针对推力矢量飞机(TVA)在超机动飞行中的舵面故障、执行器故障、参数摄动和外界干扰等问题,提出了一种鲁棒故障检测与辨识和指令滤波容错控制(RFDI–CFFTC)系统设计方法.首先针对TVA故障模型提出了一种基于多观测器的RFDI机制,通过引入自适应律和观测器来补偿参数摄动和外界干扰的影响,实现对舵面故障和执行器故障的准确检测与辨识,同时准确估计故障程度;然后在RFDI的基础上,设计了CFFTC容错控制律,实现包容舵面故障、执行器故障、参数摄动和外界干扰的TVA容错控制,同时改善了传统反步法中的“微分爆炸”问题;最后对RFDI–CFFTC系统的稳定性进行了证明.MATLAB/Simulink仿真验证了本文方法的有效性.

超声速炮射飞行器控制面故障数值诊断方法

针对鸭式布局炮射超声速飞行器飞行试验的发射、巡航过程中出现的翼、舵损坏严重的问题,对全模型飞行试验状态下的空间流场进行数值模拟并对损坏部件局部流场结构进行分析,数值模拟的结果表明:当来流Mach数Ma=5时,在三种海拔高度下,小攻角状态弹体头部产生的强激波是鸭翼损坏的直接因素,助推器前缘位置激波是尾舵损坏的直接因素,控制面结构前后巨大的静压差导致了舵机结构的破坏。通过对试验攻角工况下弹体局部流场流动参数的分析,得出翼、舵损坏的气动影响因素,为气动布局的改进提出了合理的建议。

无人机舵面故障高阶滑模重构观测器设计及主动容错控制

针对无人机舵面损伤故障容错问题,提出了基于二阶非奇异终端滑模重构观测器及主动容错设计方法。在分析舵面正常偏转运动学和动力学特性基础上,构建了无人机典型舵面故障非线性特性模型。提出无人机舵面故障的高阶滑模重构滑模观测器设计方案;引入线性变换降维简化观测器设计程式;将终端滑模和非奇异终端滑模结合起来,实现滑模运动有限时间快速收敛;综合自适应律、线性矩阵不等式设计观测器系数矩阵,确保状态估计偏差有界稳定。提出集状态与故障重构于一体的主动容错控制方案,并通过仿真算例检验所提方案的有效性。

存在匹配/非匹配不确定性的飞机舵面故障L_1容错控制

针对飞机舵面故障时产生的各种内部未建模动态、系统不确定参数、未知输入增益等问题,提出一种同时存在匹配/非匹配不确定性的多输入多输出飞机舵面故障L_1容错控制方法.首先,推导出等效线性参数时变模型;然后,基于投影算子提出L_1自适应容错控制方法,推导Lyapunov方程,并证明稳定性;最后,分析所提方法的瞬态和稳态性能.仿真结果验证了所提出方法良好的容错性、鲁棒性和稳定性,并保证了系统各参数的瞬态和稳态有界性.

基于e-σ-modification混合自适应律的鲁棒级联式侧滑飞行控制研究

针对常规布局飞机舵面故障下的侧滑飞行控制问题,提出一种基于e-σ-modification混合自适应律的级联式侧滑飞行控制方法。在滚转角和偏航角速率响应时间远小于侧滑角响应的假设下,证明了侧滑角级联回路的稳定性并给出调节时间ts与PI参数的关系。在扰动或未建模舵动态下,针对相对阶等于1和大于1的滚转角和偏航角速率通道分别设计模型参考自适应控制器(model reference adaptive controller,MRAC)。利用李雅普诺夫方法证明了在e-σ-modification律下鲁棒自适应控制内环的有界稳定,并给出在e-modification律基础上能够进一步减小输出误差和控制参数误差界限的自适应增益选择方法。仿真验证表明在允许的舵偏范围内,该侧滑飞行控制方法不仅具有较满意的侧滑角保持和跟踪性能,而且能够有效减小上述误差界限,有效性得以验证。

基于多模型的飞行控制律重构仿真设计

针对飞行控制安全问题,基于多模型自适应控制理论,进行飞行控制律重构仿真设计,利用某机型气动导数建立飞机非线性模型,提取线性模型,针对几种典型舵面故障,建立系统故障线性模型,离线设计重构控制律,采用PID经典控制方法设计控制律构型,针对PID控制参数传统整定方法难以获得理想效果而又费时的缺点,利用MATLAB优化工具确定控制律参数,并设计在线切换函数,通过仿真表明,提出的重构方案具有良好的容错效果,可以明显提高飞机的安全性能。