無人機某工作點下縱向增穩回路在傳感器失效下的容錯控制設計

何金陽

摘 要 本文基于被動容錯的參數空間法，研究了無人機某工作點下縱向增穩回路在傳感器失效下的容錯控制設計，完成了控制器參數設計，并對仿真的結果進行了分析。

關鍵詞 飛行控制系統 參數空間法 容錯控制

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.07.017

0 引言

為了保證系統在元器件正常和故障運行下的安全性和基本性能，容錯控制設計已經在過去的二十年中得到了足夠的重視?，F在，已出現兩種比較完善的解決魯棒控制器設計問題的方法：一種是以算子理論和H∞理論為基礎的魯棒控制理論，較好地解決了當正常系統G（s）存在附加未建模動態△（s）時系統的分析和綜合問題。另一種以參數空間方法和極點配置理論為基礎的魯棒控制理論，較好地解決了參數有界不確定性和多模系統的分析和綜合問題。

1 參數空間法理論

目前，參數空間方法形成了頻域分析方法和時域分析與設計方法等理論體系。其中，參數空間方法在頻域分析與設計方法也稱為代數多項式法，主要研究開展系統的傳遞函數的特征多項式的系數攝動對系統穩定性的影響。時域方法主要研究狀態方程矩陣元素攝動對系統穩定性的影響。

考慮一連續或離散單位閉環反饋系統，前向通道的GH（s）模塊是系統的開環傳遞函數（包括控制器），系統的特征方程可表示為

2 運用參數空間法的算例

研究無人機某工作點下縱向增穩回路在傳感器失效下的容錯控制設計，無人機縱向通道增穩回路采用加速度反饋和俯仰角速率反饋。

無人機縱向增穩回路狀態反饋矩陣，傳感器為速率陀螺和法向加速度表。

傳遞函數為：

給定相關參數后，利用參數空間方法進行計算。

由圖1、圖2可以看出當取控制器參數為（-0.0567，-3.485）時，可以滿足系統的容錯控制。當此時發生加速度傳感器失效故障，即意味著控制器參數為（0，-3.485），此時無人機對應的性能區域為2，此時無人機飛行品質明顯下降，但閉環系統仍是穩定的。當此時發生速度陀螺傳感器失效故障，即意味著控制器參數為（-0.0567，0），此時無人機對應的區域為3，滿足一定飛行品質。

對該系統進行仿真后，相應的階躍響應圖如圖3、圖4：

3 結論

高空長航時無人機可以實現對加速度表傳感器失效的魯棒容錯控制，仿真可知，當加速度表傳感器失效后，無人機仍具有一定的飛行品質，系統仍是穩定，這為無人機故障診斷、控制律重構提供了前提。而俯仰角速率陀螺傳感器一旦失效，雖然系統仍是穩定的，但對系統的品質影響較大，因此，在進行無人機容錯控制系統設計時對俯仰角速率陀螺可采取硬件冗余等措施來提高其可靠性。

參考文獻

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