无人机舵机伺服系统的故障诊断和冗余技术

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1、中图分类号：V249论文编号：102870315-S168学科分类号：081105硕士学位论文无人机舵机伺服系统的故障诊断和冗余技术研究生姓名陈望舒学科、专业导航、制导与控制研究方向先进飞行控制技术指导教师王道波教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationResearchonFaultDiagnosisandFault-tolerantControloftheServoSyst

2、eminUnmannedAerialVehicleAThesisinControlScienceandEngineeringbyChenWangshuAdvisedbyProf.WangDaoboSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2015承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的

3、内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要无人机的快速发展要求其飞行控制系统具有高可靠性，因此，伺服作动系统可靠性指标也日益增加。传统单回路伺服系统在任务可靠性上很难再有新的突破。本文阐述了以TMS320F28335为核心的余度舵机伺服系统的构建过程。

4、首先应用可靠性工程中的故障树诊断方法，找出舵机系统中的薄弱环节。通过比较不同的冗余模型，选择了恰当的余度配置方案。详细分析了其重要组成部分的工作机理，并据此建立舵机系统的数学模型。针对得到的舵机模型，应用经典控制理论设计了三闭环位置伺服系统，并给出了基于simulink的仿真波形，证明该方案能较好地满足双余度舵机的控制要求。研究了几种故障表现形式对舵机性能的影响，提出了基于阈值判断的余度舵机故障检测方法，应用全数字方法论证了其有效性。对基于小波变换和神经网络的故障诊断方法进行了探索，验证了其对一些特定故障的有效性。提出了故障隔离以及处置的方法。

5、最后，提出了双余度舵机的原理样机的设计方案。设计并调试了各个监控量的电路。编写并测试故障诊断模块的软件。设计上位机的监测界面，完成舵机故障时对于数据的观测。关键字：电动舵机，故障树分析，经典控制理论，故障诊断，故障处理I无人机舵机伺服系统的故障诊断与容错控制ABSTRACTTherapiddevelopmentofUAVflightcontrolsystemrequireshighreliabilityofservosystem.Therefore,thereliabilityindexofservosystemisincreasing.The

6、traditionalsingle-loopsystemisdifficulttohavenewbreakthroughsinmissionreliability.TheconstructionprocessofredundancyactuatorservosystemwithcoreofTMS320F28335isexpoundedinthispaper.Firstly,thefaulttreeanalysismethodwhichbelongstothereliabilityengineeringfieldisadoptedtofindth

7、eweakestlinkofthesystem.Throughcomparingdifferentredundantmodel,anappropriateredundancyconfigurationschemeisselected.Thentheworkingmechanismofitsimportantcomponentisanalyzed,andthemathematicalmodelisbuilt.Thus,themathematicalmodeloftheservosystemisobtained.Athreeclosedlooppo

8、sitionservosystemusingtheclassiccontroltheoryisdesignedfortheestablishedmod