切换与网络动态系统的可重构性及其飞控应用研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:laoye1111
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切换系统是包含一组状态连续或离散的子系统和用于决定这些子系统动态的切换规则的混合系统,而互联系统则由一组子系统以及维系子系统间交互关系的耦合机制构成,它通过每一个子系统间的相互作用实现良好的系统性能。如今,针对飞控过程中出现的复杂需求,这样两类控制系统具有很强的应用价值和前景,对飞行器设计的发展起到了很大的推动作用。同时,无人机蜂群通常由一类低成本、结构简单的无人机组成,它们通过有限的信息和特定的交互规则,可以完成高风险的控制任务。然而,针对切换和互联系统所考虑的故障通常均匀分布,这使得可重构性的评估过于保守。此外,很少有研究从网络层面上考虑蜂群系统的故障,而网络故障又是影响无人机蜂群安全和性能的关键因素,所以,对切换和互联系统的概率可重构性以及蜂群系统的可重构性分析是十分必要的。本文首先介绍了与课题相关的资料背景和国内外研究现状,然后建立了切换和互联系统的动态模型,提出概率可重构性条件,并针对单个飞机动态、Hi MAT飞行器和元飞机模型验证了该评估方法的有效性。其次,本文建立了一个双层多分区的蜂群模型和故障级联模型,基于“最大可重构组分”的概念建立可重构性条件,仿真证明了该类方法的可行性。本课题研究内容的主要贡献如下:(1)本文所考虑的故障是一类特殊的概率密度函数,在此函数下建立了若干概率可重构性条件,与确定性可重构性相比,它确实扩大了可恢复故障的范围,允许可重构性被破坏的风险很小。这种新的概率可重构行评估方案不仅可以用来调整控制器,还可以重新设计系统参数,使飞行过程更为可靠。(2)文中的蜂群网络被设计成双层多分区结构,并建立了一个级联故障模型,用于描述在网络层能传播的故障。该模型的核心是确定删选故障个体的渗透规则,它有助于更准确、更清晰地揭示故障在各级联阶段的传播方向和范围。(3)本文提出了一个新的概念“最大可重构组分”来量化蜂群系统的可重构性。与经典网络鲁棒性理论中的”最大可连通组分”不同,这个“最大可重构组分”只涉及与领导者相关的所有跟随者。该方法不仅可以评估蜂群系统的可重构能力,而且可以度量单个无人机在蜂群网络中的重要性。
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