[发明专利]一种高超声速飞行器传感器复合故障自愈合控制方法

权利要求书

1.一种高超声速飞行器传感器复合故障自愈合控制方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，针对高超声速飞行器再入段姿态角非线性系统，考虑外部干扰、传感器复合故障，建立带有传感器复合故障的高超声速飞行器再入段姿态模型；高超声速飞行器再入段姿态模型如下：

其中ω＝[p,q,r]^T为角速率向量，分别包括滚转角速率p、俯仰角速率q和偏航角速率r；θ＝[φ,α,β]^T为姿态角度向量，分别包括倾斜角φ、攻角α和侧滑角β；J∈R^3×3为表示转动惯量的对称正定矩阵；M∈R^3×1为控制输入力矩；d(t)∈R^3×1代表考虑的干扰；

系统参数矩阵为：

f_θ(t)∈R^3×1代表输出角度通道的传感器复合故障；

步骤2，针对步骤1中建立的高超声速飞行器再入段姿态模型，设计传感器非线性故障检测观测器和检测阈值，检测传感器故障；

步骤3，设计外环自适应滑模虚拟容错控制器，并根据步骤2的故障检测结果决定是否在控制器中加入故障补偿项，获得传输给内环的虚拟控制输入信号；

步骤4，根据步骤3所得的控制输入信号，设计内环动态面控制器得到所需控制力矩并使系统稳定跟踪给定参考指令。

2.如权利要求1所述的一种高超声速飞行器传感器复合故障自愈合控制方法，其特征在于：所述控制输入力矩M表示为如下形式：

M＝Ψu

其中u＝[δ_e,δ_a,δ_r]^T为控制输入向量，分别包括升降舵偏转角δ_e、副翼偏转角δ_a和方向舵偏转角δ_r；矩阵Ψ表示控制分配力矩。

3.如权利要求1所述的一种高超声速飞行器传感器复合故障自愈合控制方法，其特征在于：所述步骤2中，设计的非线性故障检测观测器如下：

其中为状态估计向量，为估计输出向量；和为检测观测器增益矩阵且α＞0，β＞0。

4.如权利要求1所述的一种高超声速飞行器传感器复合故障自愈合控制方法，其特征在于：所述步骤3中，设计外环自适应滑模虚拟容错控制器的具体过程是：

首先设计如下的滑模面：

其中参数η₁≥1,0η₂＜1，K_i＝diag{k_i1,k_i2,k_i3}(i＝1,2)为增益对角矩阵，θ_d为姿态角给定参考指令，

滑模面到达率为：

其中参数0＜η₃＜1，ε₁和ε₂为正标量；

带有传感器连锁故障的自适应滑模虚拟控制器信号为：

其中为传感器复合故障导数的估计值，用来直接在控制器设计中对故障进行补偿；容错控制项自适应率设计为：

其中为传感器故障f_θ的估计值，为自适应增益矩阵，并定义：

其中为传感器故障估计误差，为误差的导数。

5.如权利要求1所述的一种高超声速飞行器传感器复合故障自愈合控制方法，其特征在于：所述步骤4中，设计的内环动态面控制器为：

其中Λ＝diag{λ₁,λ₂,λ₃}表示待设计的对角增益矩阵，λ_i＞0,i＝1,2,3，为干扰的估计值，其自适应率设计为：

其中Γ＝diag{Γ₁,Γ₂,Γ₃}为自适应增益矩阵，Γ_i＞0,i＝1,2,3。