舰载机着舰执行器故障容错控制研究

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自动着舰技术始终是舰载机研究领域的一个重要方向。舰载机执行任务艰巨,着舰环境恶劣,着舰过程中易产生执行器故障。执行器故障轻则导致舰载机飞行性能降低,重则导致灾难性事故,是自动着舰控制技术领域的难点。本文针对发生执行器故障的舰载机着舰系统,分别设计了基于鲁棒预见方法的容错控制器与基于自适应观测器的重构容错控制器,保证舰载机在执行器故障情况下仍能安全着舰。首先,搭建F/A-18舰载机的非线性模型、线性模型与执行器故障模型,并总结归纳出舰载机着舰安全指标。采用常规控制方法设计着舰控制律,分别对有无执行器故障情况下的着舰过程进行分析,为后续舰载机着舰执行器故障容错控制方法的研究奠定基础。其次,针对执行器发生已知损伤故障的情况,建立带有参数摄动的舰载机离散系统模型,并提出一种结合预见控制和鲁棒控制的容错控制方法,设计基于鲁棒预见方法的容错控制器。通过构造广义系统,将预见控制方法与鲁棒控制方法相结合,并通过李雅普诺夫稳定性理论证明系统稳定性,从而保证执行器故障情况下的着舰精确性。再次,为了克服鲁棒预见容错控制的不足,提出一种包括自适应观测器和控制分配策略在内的重构容错控制框架。本文将自适应观测器的适用范围拓宽至离散系统,并基于伪逆控制分配算法,设计一种在部分失效故障与完全失效故障情况下通用的重构容错控制器。为了进一步解决故障情况下的不确定性问题,设计基于自适应控制分配算法的重构容错控制器。基于自适应观测器的重构容错控制能够将鲁棒预见控制器的控制输入重新分配到有效舵面,从而实现未知故障下的容错控制,使舰载机能够很好地完成下滑道跟踪任务。最后,进行舰载机着舰执行器故障容错控制系统搭建与综合仿真。利用Matlab App Designer应用程序进行详细的用户界面设计,并采用蒙特卡洛方法进行重复多次的随机性仿真试验,完成在不同容错控制方法下舰载机着舰执行器故障容错控制系统的综合仿真。
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