飞行控制系统传感器信息融合与容错方法研究

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1、学校代码10699分类号V249密级学号2011100542题目飞行控制系统传感器信息融合与容错方法研究作者袁燎原学科、专业导航、制导与控制指导教师章卫国申请学位日期2015年6月西北工业大学博士学位论文（学位研究生）题目：飞行控制系统传感器信息融合与容错方法研究作者：袁燎原学科专业：导航、制导与控制指导教师：章卫国2015年6月ResearchonInformationFusionandFault-tolerantMethodofsensorsinFlightControlSystemAdissertationsubmittedinp

2、artialsatisfactionoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosophyByYUANLiaoyuanSupervisor:ProfessorZHANGWeiguoCollegeofAutomationNorthwesternPolytechnicalUniversityJune,2015Xi’an西北工业大学学位论文知识产权声明书：研究生在校攻读学位期间论本人完全了辭学校有关保护知识产权的规定，即文工作的知识产权单拉厲于西北工业大学。学校有权保留并向国家有关部Ｉ］或

3、机构送交论文的复巧件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可科将本学粒论，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等文的全部或部分内容编入有关数掘库进行检索论文。同时本人保证，毕业后结合学泣论义硏究课题复制手段保存和汇编本学泣一工化大学再撰写的文章律注明作者单拉为西北。保密论文待解密后适用本声明。、材焉指导教师兹名：学位论文作者签名：京诗廢－哼＾／１了年Ｍ月〇日日７＜玉年，Ｉ月西北工业大学学位论文原创性声明，本人郑重声明：所呈交的学位惟文秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，工作所取得的成果。尽我所知，

4、隙文中己经注明是本人在导师的指导下进行研究己经公开发表或引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体撰写过的硏究成果，不包普本人或其他己申请学位或其他用途使用过的成果。对人和集体，均已在义中Ｗ明确方式表明。本文的研究做化重要贡献的个一意承担切相关的法律责任。本人学拉论文与资料若有不实，愿学位论文作者避名：１，嗦度ＶＪＪ年Ｍ月日■摘要摘要可靠性与安全性是飞机设计需要考虑的关键因素。当前电传操纵技术和主动控制方法的发展与应用，在大幅提升飞机操纵性、机动性的同时，也增加了飞行控制系统的复杂程度，给系

5、统的可靠性与安全性带来了挑战。高精度、高可靠性的容错传感器子系统是保证飞行控制系统正常工作的基础。先进信息融合技术与容错方法的应用，能够取代典型管理方法——基于余度技术的表决监测，满足更高的性能指标要求。在传感器正常工作时，信息融合技术能够综合先验信息、量测信息等多种信息来源，提高传感器信号精度；在传感器发生故障时，故障诊断方法能够及时对故障源进行检测与隔离，减小故障传播对飞行安全造成的危害，信号重构方法则基于飞行状态量之间的数学关系，计算解析信号从而维持飞行控制任务的执行。因此，围绕飞行控制系统传感器的信息融合与容错方法的研究，对于保

6、证系统的可靠性与安全性具有重要意义。本文以飞行控制系统传感器为研究对象，确定了容错飞行控制系统传感器信息融合的整体框架，对传感器元件的故障诊断方法、基于信号重构的俯仰角速度传感器容错设计、基于方差变化检测的传感器组件加权融合方法、基于自适应非线性滤波的子系统级融合以及混合余度系统的可靠性建模分析方法进行了研究。论文的主要工作和创新点如下：（1）根据飞行控制系统传感器的组成和配置特性，设计了包括元件级、组件级和子系统级三层融合层级的信息融合方案。每一融合层级均能利用互补和冗余信息，提高传感器信号精度，增强飞行控制系统的容错能力。（2）研究

7、了余度传感器元件的故障诊断方法。在平均奇偶向量法（AverageParityVector，APV）的基础上，采用模型群切换（ModelGroupSwitching，MGS）算法对奇偶向量进行补偿，提出了一种MGS-APV故障检测隔离方法。MGS-APV方法根据元件组的工作模式，对模型群进行了覆盖定义；并且设计了模型群激活和终止逻辑，实现模型集合的在线调整，有效地减小了传感器误差对于决策函数的影响。通过典型传感器元件组在稳态飞行与机动飞行下的仿真，并与典型方法进行对比，验证了MGS-APV算法能够快速实现幅值较小故障的检测隔离，同时每一解

8、算周期运行的滤波器数量较少，运算量较小。（3）俯仰角速度传感器是保证飞行安全的关键元件。为提高元件组的容错能力与可靠性，提出了包括解析信号辅助故障诊断和容错控制功能的容错设计方案。根据两种功能对于解析信号的