[发明专利]一种基于扩展状态观测器的飞机机电作动系统故障检测方法

权利要求书

1.一种基于扩展状态观测器的飞机机电作动系统故障检测方法，包括以下步骤：

A、飞机机电作动系统非线性模型的建立：基于飞机机电作动系统的作动机理及结构特性，将系统非线性因素和未知输入干扰转化为系统的动态模型；

系统电压方程为：

式中，u_A,u_B,u_C∈R为三相绕组相电压，i_A,i_B,i_C∈R为三相绕组相电流，R为相电阻，e_A＝K_ew_mf_A(μ),e_B＝K_ew_mf_B(μ),e_C＝K_ew_mf_C(μ)∈R为三相绕组反电动势，w_m为电机转子角速度，K_e为电机反电势系数，f_*(μ)为各相反电动势的波形函数，且有T_m＝(e_A·i_A+e_B·i_A+e_C·i_A)/w_m；

系统动力学方程为：

式中，T_m为电机输出转矩，T_L为负载转矩，T_f为摩擦转矩，J为转动惯量，B为粘滞阻尼系数；

摩擦采用LuGre模型：

式中，z为LuGre内部变量，ω_s为stribeck角速度，σ₀为接触面间刚毛的平均刚度系数，σ₁为刚毛形变的阻尼系数，σ₂为粘性摩擦系数，T_c、T_s分别为库伦摩擦力矩、静摩擦力矩；

则有：

T_f＝T_f^*+ΔT_f (4)

其中，T_f^*＝(σ₁+σ₂)ω_m；

将舵面气动力等效为惯性负载系统，丝杠的位移产生力使舵面角度发生偏转，则其中，为舵面负载，ΔT_L为由负载变化引起的输入干扰：

式中，i为齿轮传动机构的传动比，η₁为齿轮传动机构的传递效率，η₂为滚珠丝杠的传动效率；P_L为滚珠丝杠的导程，ΔF为滚珠丝杠克服负载干扰的驱动力，F_b为滚珠丝杠的轴向工作载荷；

式中，Δx_L为舵面偏转位移偏差；B_cs为舵面等效阻尼系数；K_d为舵面弹性刚度；为机电作动器的直线输出位移；

综上，建立机电作动系统数学模型如下：

上式中

系统的状态向量x＝[i_A,i_B,i_C,w_m,x_L]^T,控制器u＝[u_A,u_B,u_C,T_L]^T，输出y为系统BLDCM的角速度w_m，模型复合干扰Δδ＝[0,0,0,ΔT_L,ΔT_f]^T，那么上述数学模型简写为如下形式的表达式：

式中，C＝[0,0,0,1,0]

B、基于扩展状态观测器的阈值故障检测方法设计：扩展状态观测器生成复合干扰的估计值，实现对复合干扰的估计，对故障误差的检测，确保干扰观测误差的有界性。