随着小型无人飞行器技术的发展,对于能够提高和改善飞行器可靠性和生存能力的飞行控制系统的要求越来越高。当飞行器出现故障时,需要飞行控制系统依据故障和损伤特性,迅速改变控制策略和重构控制方案,以保证飞行器具有必要的安全性能指标,能够继续执行任务或者安全返航。本文针对目前在重构飞行控制系统研究方面所存在的问题,在已有研究的基础上,通过分析小型无人机故障情况,对飞控系统重构控制进行了研究,主要工作有以下几点:一、基于级联自抗扰控制的飞行器重构控制方法的研究。本文介绍了PVTOL飞行器和自抗扰控制的基本原理,分别对跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈控制律等进行了详细的叙述。由于PVTOL模型存在严重耦合,为便于研究分析,对PVTOL飞行器模型采用坐标变换法进行了解耦解算,消除了各变量之间的严重耦合情况,从而得到了所需模型。针对执行器控制面损伤和卡死故障,采用级联自抗扰控制方法,根据位置子系统内部的多变量耦合,以及位置子系统和姿态子系统之间的串联情况分别设计了控制器,可以保证快速、准确地跟踪参考输入值,且当执行器故障发生时,飞行器的稳定性和安全性显著提高。同时在对跟踪微分器详细研究的基础上,设计了泰勒微分器,提高了控制精度,并对系统稳定性进行了分析。二、基于指数趋近率的模型参考变结构飞行器重构控制方法的研究。本文提出了融合模型参考自适应控制以及变结构控制技术实现容错控制方法,不需要对象精确的数学模型以及故障检测模块,同时结合指数趋近律,提高了收敛速度,并减小了系统抖振,保证了系统良好的跟踪特性。当飞行器发生故障时,采用本文所研究的容错控制策略,可以消除由于执行器损伤所引起的不利影响,并采用李雅普诺夫稳定性定理证明了系统的稳定性。三、基于LPV观测器的自适应容错飞行控制方法的研究。本文利用LPV技术的容错控制策略,消除了由于无人机执行器损伤所引起的不利影响。考虑到自适应控制系统较复杂,在系统中加入了故障检测与诊断模块。当飞机无故障时,采用基本控制律。当飞机发生故障时,则自动切换到基于状态反馈的自适应重构控制。系统通过FDD模块获得的故障信息完成飞行器的容错控制,从而使飞机仍能按预定任务飞行或安全返回、降落,既保证了飞行器无故障时的正常飞行,也保证了故障时的飞行安全,避免了系统运行的复杂性,且利用李雅普诺夫稳定性定理证明了系统的稳定性。设计基本控制律时,引入了积分项来消除稳态误差。同时,提出了一种平滑切换机制来消除控制律切换可能出现的突变问题。考虑到飞行器故障的一般性,本文分别选用升降舵和副翼损伤与卡死两种情况,通过仿真及实验对所研究方法进行了验证。结果表明,当发生故障时,采用本文所提方法,飞机能够克服故障的影响实现改平,飞控系统具有良好的静动态性能和鲁棒性。