[发明专利]一种针对状态时滞的四旋翼直升机容错控制装置及方法

摘要

本发明公开了一种针对状态时滞的四旋翼直升机容错控制装置及方法，该装置包括故障注入模块、直升机系统平台、数据采集模块、故障诊断模块以及功率放大器，故障注入模块与直升机系统平台相连接，将模拟的故障信息注入直升机系统平台；数据采集模块采集直升机的状态信息和误差信息；故障诊断模块接收状态信息和误差信息，得到容错控制律，并将容错控制律重新发送给数据采集模块；数据采集模块处理容错控制律后，经过功率放大器将控制指令传输给直升机系统平台中的电机执行容错调整，直到误差为零。本发明基于建立的四旋翼直升机线性数学模型，采用改进的保性能控制器和模型参考自适应，解决了系统在干扰、状态时延以及多故障条件下的容错控制问题。

主权项

一种针对状态时滞的四旋翼直升机容错控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、建立四旋翼直升机机体坐标系，确定俯仰、偏航和滚转轴的定义，并建立正常情况下的动力学姿态角的线性动力学模型；步骤2、确定四旋翼直升机动力学姿态角系统无故障时的状态空间表达式；将故障注入系统中，确定系统故障下的状态空间表达式；步骤2在故障为执行器损伤故障的情况下确定系统的状态空间表达式，所述状态空间表达式为：x·(t)=Ax(t)+Aτx(t-τ)+B[(f(t)-σ(t))v(t)+σ(t)v‾(t)]+Bd(t)y(t)=Cx(t)]]>式中，为状态向量，v(t)∈R4×1为控制输入向量，y(t)＝[θ,ψ,φ]∈R3×1为输出向量，τ为系统状态延迟，d(t)∈R4为未知有界的外部干扰，为卡死故障输入向量，f(t)∈R4×4为部分失效故障系数矩阵，σ(t)∈R4×4为卡死故障系数矩阵，其分别满足：f(t)=diag(1,1,...,1),t<T1diag(f1,f2,...,fp),t≥T1σ(t)=0,t<T2diag(σ1,σ2,...,σp),t≥T2]]>A，B，C为系统矩阵，Aτ为状态时延矩阵，其中A=000100000010000001000000000000000000B=0000000000000.4235-0.423500-0.0326-0.03260.03260.0326000.4235-0.4235]]>C=100000010000001000Aτ=A]]>步骤3、在步骤2的基础上从数据采集模块中得到系统的状态信息，状态信息包括俯仰、偏航、滚转角大小，将参考模型中的状态量参考值与上述状态信息相减，得到误差信息，由此构造四旋翼直升机飞行姿态容错控制器，实时监测俯仰、偏航和滚转方向上的执行器故障，并将容错控制律输出至数据采集模块，经功率放大器，将控制信号传输给电机执行。