大型民机可重构飞行控制系统研究

《大型民机可重构飞行控制系统研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、大型民机可重构飞行控制系统研究中航飞机股份有限公司研发中心陕丙723200摘要：现代飞行控制系统的结构越来越复杂，作用日益重要，其安全可靠性已成为飞行控制系统设计所必须考虑的首要问题。在被控对象发生故障时，保证控制系统的安全性的控制策略称作故障容错控制。先进重构飞行控制技术在原有基础上更强调自适应能力，不再依赖故障诊断和隔离（FDI）系统，因而促进了兽棒控制、智能控制和自适应控制技术的交叉和融合。关键词：大型民机；可重构飞行控制系统；研究一、可重构飞行控制系统的内涵容错控制按照处理故障的方式分为主动容错和被动容错两类。被动容错方法木质上是魯棒控制技术。它首先假定一个标称模型（通常就是飞行器正

2、常状态下的模型），飞行器故障被认为是对于标称模型的有界扰动，利用系统的魯棒性实现对故障的容错。这种方法处理的任何故障（扰动）不能超出鲁棒控制器给定的稳定边界。否则，系统的稳定性和容错能力得不到保证。为了处理更多的故障模式，控制器需要有很大稳定半径，这样控制器乂不可避免地保守，甚至不能实现。而且，作动器和传感器等的故障不能完全按照扰动建模，需要控制器能直接处理这些类型故障。主动容错的方法，或者说是可重构方法并不假定一个稳定的标称模型，并充分利用故障信息对故障或者故障下系统建模，利用飞行器气动和结构上的冗余，按照一定的算法进行控制方法和控制律的调整，使得系统飞行器稳定，并且满足故障下系统性能要求

3、。飞行器出现的故障大概可以分为三类：传感器故障、作动器故障、飞行器木体结构性故障。实际故障也可能是它们的组合。传感器故障并不直接影响飞行器的气动和结构特性，即对飞行器的运动方程没有影响。所以，在可重构控制系统研究方面涉及很少，这里不讨论这类故障。作动器和木体结构故障都直接影响飞行器的运动方程。侃结构性故障仅仅改变方程的系数，而作动器故障则改变飞行器运动方程的结构，故作动器故障是可重构系统研宄中的重点和难点。二、可重构飞行控制系统的研宄内容可重构控制系统设计包括两方面的内容：故障或参数的辨识和控制律的重构。按照是否需要故检测与隔离模块(FDI)提供的故障信息的标准，可重构控制系统分为两类。一类

4、是需要FDI提供故障检诊信息，然后针对不同故障模式选择预先设计好的控制律。另一类则不需要FDI获取故障信息，而是对飞行器进行在线实吋参数辨识，动态设计控制律。两种方法都需要对故障下的系统进行不同角度的描述来获得故障的信息，为控制律重构提供依据。为了获得相对精确的故障模型，或者是系统参数，辨识过程可能要比较长的吋间。对于飞行控制这样的实吋控制系统来说，可能是致命的。这部分中辨识模型精确度和吋间延迟的矛盾是它的重要问题。控制律重构部分根据FDI提供的故障信息，或者在线辨识得到系统参数调整系统控制律，达到故障下系统的控制指标。它应能保证系统的稳定性，并满足系统操纵品质要求。重构算法应适应更多的故障

5、模型。另外，重构算法的实吋性和工程可实现性也是设计吋考虑的重要因素。三、先进重构飞行控制技术的应用现状及前景1、技术座用重构飞行控制技术在本质上是一种容错飞行控制技术，它使飞控系统可以适应未知故障和损伤，从而保证安全性和维持适当的操纵品质。先进重构飞行控制技术在原有基础上更强调自适应能力，不再依赖故障诊断和隔离(FDI)系统，因而促进了鲁棒控制、智能控制和自适位控制技术的交叉和融合。未来的重构控制技术将是在自适应概念下对现冇技术的进一步综合和拓展，并必然朝着智能化的方向发展。波音公司在RESTORE项0上的成功，是重构飞行控制技术发展的里程碑事件，同吋也凸显了先进重构飞行控制技术的主要优势：

6、实吋性能和长期的稳定性。在故障损伤后具奋适当的恢复速度，以维持操纵品质和保证安全；不是高增益控制，不会恶化结构模态耦合特性；在恢复过程中不依赖参数辨识，同吋也限制了故障后针对控制重新分配问题中参数辨识的范围；大大削减飞控设计中对于精确气动参数数据库的需要；大幅度地减少现行设计过程中大量的离线分析、试飞调参和确认以及由可能的故障状态所引发的不确定量的软件编码、调试、修改以及验证和确认(V&V)的工作量，从而人大减少新飞机开发中的相关研制费用。特别是后两点优势，使得先进重构控制技术己经超出了自修复技术的范畴，成为一种经济、有效的先进飞控系统设计技术。这是对完全基于精确模型和频繁在线增益调

7、节的经典设计技术的超越，由此带来的效益和应用潜力值得特别关注，并成为发展先进重构控制技术的又一主要推动力。重构技术有着广泛的应用前景，先进飞行重构技术的优势使它在飞控领域的应用范围大大加宽。2、重构飞行控制系统应用中的问题以及拟解决方案虽然重构飞行控制系统的研宄己经有了20多年的历史，从B前发展情况来看，还缺乏实用性。一个重要的原因是新的重构控制系统要替代现冇的控制系统，但是新的重构控制系统还缺乏充分的评估和