基于奇偶方程的FADS传感器故障检测方法

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1、第40卷第2期航空计算技术V01．40No．22010年3月AeronauticalComputingTechniqueMar．2010基于奇偶方程的FADS传感器故障检测方法郭阳明1，李清东2，蔡小斌”，翟正军1(1．西北工业大学计算机学院，陕西西安710072；2．西北工业大学航海学院，陕西西安710072；3．中国航空工业集团，北京100068)摘要：重复使用运载器(RLV)的嵌入式大气数据传感系统(FADS)中传感器的高可靠性是RLV飞行控制系统高可靠性的保障。结合FADS采用多个测压点

2、冗余配置的特点，利用各传感器测量值之间存在的解析冗余关系，设计奇偶方程，实现对各个测压点故障传感器的有效检测。关键词：重复使用运载器；嵌入式大气数据传感器系统；故障检测；奇偶方程中图分类号：TP206，V448．25文献标识码：A文章编号：1671．654X(2010)02．0098—03引言在自修复飞行控制技术研究中，多以舵面损伤的故障检测与诊断为主要研究内容，较少涉及到传感器故障检测与诊断的研究。然而，对于重复使用运载器RLV(ReusableLaunchVehicle)，其飞行环境更为恶劣

3、、飞行速度更高、可靠性要求更高，如果其嵌入式大气数据传感系统(FlushAirDataSensingSystem，FADS)中某个压力传感器出现异常，将对大气数据精度产生影响，进而影响控制系统，甚至会导致飞行事故。因此，传感器的高可靠性是RLV飞行控制系统高可靠性的重要保障。本文以FADS作为研究对象，研究基于奇偶方程的传感器故障检测方法。1故障检测原理FADS多采用多个测压点的冗余配置，各个测压点的测量值之间存在解析冗余关系，因此，可以利用这种冗余关系可以设计奇偶方程，从而实现对各个测压点的故

4、障检测。三点算法是NASA发展的现有FADS求解方法中最为成熟的方法，算法稳定且具有较高的精度[1，2]。该算法利用FADS数学模型【3o求解出FADS的迎角a、’侧滑角口的解析解。根据在球体上的位流模型Hj，可以得到FADS的表面压力数学模型Pi=口。[COS20i+esin20i]+P。(1)测压孔的压力测量值；吼表示动压；p。表示静压；Oi为业一!!12堡二!!!堡r¨式中，P=[：]，日=[：；薹三：]，x=qc．(。e-。1’】。Pi，pi，P。(i，．『，k∈[1，⋯，n])之问必然

5、存在线性相关关收稿日期：2009．09—14修订日期：2010．12．03基金项目：航天科技支撑技术基金资助(2007ZD53040)；航空科学基金资助(2008zD53035)；陕西省自然科学基金资助(SJ08F20)作者简介：郭阳明(1978一)，男，河南南阳人，讲师，博士，研究方向为综合测试与诊断、预测与健康管理。2010年3月郭阳明等：基于奇偶方程的FADS传感器故障检测方法g料。铲∞cos20‘二-到cos20i]。测点中的任意三个测点的组合有C：一1=19种情况，(5)列出FADS所

6、有奇偶方程，如表1所示。式(5)又称为奇偶方程。同时，分析(3)式可知，如果三个传感器iJ，k的压力测量值满足等式(5)，则说明三个传感器无故障，迎角解算值可信度高；否则，说明三个传感器中存在故障，或迎角解算值不可信。此时，传感器的故障检测问题便可以转换为对线性相关方程式的逻辑判定问题，即基于奇偶方程的故障检测。2故障检测步骤考虑到测量误差和模型误差的存在，正常情况下奇偶方程(5)左端不能严格为零。因此，可以通过设置一个门限值E，以减少误警的发生。若奇偶方程左端计算值小于盈，则认为等式(5)成立

7、。基于奇偶方程的FADS压力传感器故障检测步骤为：1)利用三点法预估出迎角、侧滑角的值；2)利用预估的迎角、侧滑角值，计算FADS各压力传感器的入射角0值；3)将FADS所有压力传感器测量值三个一组，代人式(5)，计算结果与经验门限值反比较；4)当大于门限值蠡，则认为存在故障。3故障检测实例分析以如下图所示的X一33十字型配置‘53的FADS测压点分配为例，进行基于奇偶方程的故障检测。●，，一、／亿忒·．／tlfl港jS沁＼＼食奢、、I_螨划／JI

8、譬／7嬲弋荔／kx㈣’J硼压力测量点X一33的

9、FADS测压点布局图设三点法计算迎角、侧滑角预估时，使用的是1，3，5三点的压力值，排除l，3，5压力值组合，6个压力表1奇偶方程列表奇偶方程序号压力测点组合奇偶方程序号压力测点组合定义奇偶方程检测值K。(m=1～19)的取值满足，『1％TP3。l≥6。⋯”。【0g。jTkP3。l<艿。式(6)中，当奇偶方程检测值的取值全为0时，则认为测压点数据正常；当奇偶方程检测值出现1值，则认为出现传感器故障测点。而经验门限值6。的设置则可以有效的减少误警的发生。因此，当特定的一个或几个测压点出现故障或测量