[发明专利]基于舵面故障的容错飞行控制系统和方法

摘要

本发明提供一种基于舵面故障的容错飞行控制系统，包括：设置在飞机机体相应位置的传感器；故障检测与隔离模块：将飞行状态参数估计值传递给控制器模块，对舵面的健康状况以及发生故障的种类做出判断，对各个舵面发生该类故障的概率进行计算后传递给监视器模块，对各舵面的偏转角进行检测，得出各舵面的偏转角估测值并传递给监视器模块；监视器模块：确定舵面故障发生的位置，并为控制分配模块提供控制分配的依据；控制器模块：产生虚拟控制命令向量并传递给控制分配模块作为虚拟控制输入；控制分配模块：计算包含各舵面偏转角给定值的舵面偏转角向量。当发生舵面故障时，本发明基于故障检测与诊断的结果对故障进行补偿，从而保证飞机继续安全飞行。

主权项

1.一种基于舵面故障的容错飞行控制系统，其特征在于，包括：设置在飞机机体相应位置的传感器：将测量到的参数值输出；故障检测与隔离模块：通过检测设置在飞机机体相应位置传感器的输出，获得飞机的飞行状态参数估计值所述飞行状态参数估计值包括飞机的滚转速率、俯仰速率、偏航速率、攻角、侧滑角；将飞行状态参数估计值传递给控制器模块；同时根据飞行状态参数估计值对舵面的健康状况以及发生故障的种类做出判断；还对各个舵面发生该类故障的概率进行计算，将各个舵面发生该类故障的概率计算值p₁～p_i传递给监视器模块，同时通过舵面传感器对各舵面的偏转角进行检测，得出各舵面的偏转角估测值并将各舵面的偏转角估测值传递给监视器模块；i表示共有i个舵面，i>1；监视器模块：基于故障检测与隔离模块发送的结果，确定舵面故障发生的位置，并为控制分配模块提供控制分配的依据，包括：a).根据舵面故障的类型，对舵面1～舵面i的上/下限重新进行设置，并将新的舵面偏转限制参数发送给控制分配模块；b).用于监视由故障检测与隔离模块发送的各舵面发生故障的概率p₁～p_i和偏转角估测值如果在一定的检测时间内，某个舵面发生故障的概率超过了设定的阈值，则监视器模块将认定该舵面发生故障，并决定具体应激活哪些相应的舵面来对该故障进行补偿，计算出进行补偿的控制信号在相应的舵面上叠加该控制信号如果确认该舵面发生的是锁死故障，则监视器模块将根据偏转角估测值确定故障舵面的锁死角度，并将偏转角估测值传递给控制分配模块；c).根据舵面的故障状态，选择一种与所发生故障相对应的舵面作动模式，同时将该作动模式的编号发送给控制分配模块；控制器模块：根据给定的状态参考输入Ref以及故障检测与隔离模块发送的飞机飞行状态参数估计值来计算虚拟控制命令向量C_v，并将虚拟控制命令向量C_v传递给控制分配模块作为虚拟控制输入；并产生飞机发动机推力的控制命令；控制分配模块：根据监视器模块发送的舵面作动模式、舵面偏转限制，以及控制器模块发送的虚拟控制输入C_v，来计算包含各舵面偏转角给定值的舵面偏转角向量δ_c；用于控制飞机飞行状态的多个舵面：当未发生故障时，各舵面按照舵面偏转角向量δ_c中的各舵面偏转角给定值偏转，与发动机推力共同控制飞机正常飞行；当某一舵面发生故障时，与该故障相对应的激活舵面以偏转，其余舵面仍以舵面偏转角向量δ_c中的各舵面偏转角给定值偏转，与发动机推力共同控制飞机继续保持正常飞行。