多操纵面飞机舵面损伤的快速故障诊断

《多操纵面飞机舵面损伤的快速故障诊断》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJul．252015V01．36No．72350-2360ISSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cahkxb@buaa．edu．on多操纵面飞机舵面损伤的快速故障诊断王发威1’2，董新民1’*，陈勇1，王小平1，廖开俊21．空军工程大学航空航天工程学院，西安7100382．空军第一航空学院航空仪电工程系，信阳464000摘要：针对多操纵面飞机舵面损伤的快速故障诊断问题，提出一种直接估计舵面偏转量的白适应补偿观测器方法。首先，设计了增广观测器进行系统输入估计，并提出了

2、自适应补偿方法解决其动态跟踪性能差的问题；其次，设计了一种新的自适应阈值以快速检测故障并降低虚警率；最后，利用舵面故障特点，采用重置初值的限定记忆最小二乘方法实现了对突变参数的实时估计，用以进行故障隔离。仿真结果表明：在不同的舵面损伤故障情况下，所提出的观测器方法能在20ms内发出故障预警，并在0．22S内确定故障位置，所采用的辨识方法可以在故障报警后的0．2S内准确估计出损伤程度。关键词：多操纵面飞机；舵面损伤；故障诊断；自适应阈值；参数估计中图分类号：V249．1；TP273文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)07—2350—11对于飞行控制来说，缺少快速有效的舵面故障

3、诊断方法是制约飞机主动容错控制发展的关键因素之一[1‘2]。由于舵面的损伤涉及到整个闭环飞行控制系统，所以损伤故障是舵面故障诊断的热难点问题[3]。虽然目前没有公开文献明确指出重构控制的故障诊断时间要求，但可以推断出故障诊断时间应该在0．7倍的飞机短周期以内[4

4、，这对故障诊断的实时性提出了极大的挑战。主动容错控制分配技术的发展，首先要解决故障诊断实时性问题。当前，舵面故障诊断以基于模型方法为主，包括参数辨识、滤波器和观测器等方法。其中，参数辨识方法一般是对飞机的相关操纵导数进行在线辨识，以得到舵面的故障信息。文献[4—5]将递推最小二乘(RLS)方法转化到了频域，利用频域最小二乘(FTR)

5、提高对噪声的自适应精度，在没有先验知识的情况下可在2S之内估计出操纵导数，该方法后被广泛应用到了各个领域中[61；文献[7—8]利用RLS高效、实时的优点，在其基础上进行了具体的应用创新，以提高辨识精度，使故障诊断时间小于5S，在大量离散计算的前提下甚至可达到0．5S。虽然参数辨识方法的速度较快，但它是以大量离线数据和准确的故障气动参数为基础的，且对损伤程度的估计都是间接来自于气动数据，费时费力。用于舵面故障诊断的还有许多不同类型的卡尔曼滤波方法[9]，其中，卡尔曼滤波结合多模型自适应(MMEA)的方法在应用中取得了较好的成效，能够在0．7S之内确定故障并在1．1S内进行故障隔离[1⋯，但该

6、方法的主要问题是计算量大。文献[11]极大地减少了一般MMEA方法所需要的滤波器个数，并采用主动监督的方法将隔离时间由9S减小到1～5S之内，但同时也牺牲了损伤类收稿日期：2014-05-29；退修日期：2014-07—07；录用El期：2015．01-07；网络出版时间：2015．03．2010：15网络出版地址-WWW．cnki．net／kcms／deta¨门1．1929V20150320．1015．002．html基金项目：国家自然科学基金(61304120)*通讯作者．Tel．：029—84787600E-mail：dongxinmin_l@163．com朝惩禧式lWangFW，Do

7、ngXM，ChenY·etal．Fastfaultdiagnosisofmulti-effectorsaircraftwithcontrolsurfacedamage[J．]．ActaAero—nauticaetAstronauticaSmica，2015，36(7)：2350-2360．I发威，董新民，陈勇。等．多操纵面飞机舵面损伤的快速故障诊断!Jj航空学报．2015。36(7)：2350-2360．王发威等：多操纵面飞机舵面损伤的快速故障诊断2351故障检测的性能。采用观测器使残差向量解耦在早期得到了较好的应用[12。1引，其诊断速度较快，但对相似舵面较多的多操纵面飞机来说，检测效果不

8、佳[1“。随着控制理论的发展，许多观测器方法被应用于故障诊断，如滑模n5

9、、自适应[16

10、、未知输入[10’17]、H。。／H118删以及各类鲁棒观测器[19]等，这类方法倾向于关注对象的非线性，而快速性则往往被忽略。由此可见，实现快速、有效的舵面损伤故障诊断仍然是个难题。本文着眼于研究提高故障诊断快速性及准确性的方法，主要工作有：1)针对舵面状态的快速准确跟踪问题，提出了一种自适应补偿观测器方法。该方法基于