输入输出受限的无人机防滑刹车系统容错控制.pdf

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1、2017年6月第43卷第6期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsJune2017V01．43No．6http：∥bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．enDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2016．0438输入输出受限的无人机防滑刹车系统容错控制孙辉，闫建国+，屈耀红(西北工业大学自动化学院，西安710072)摘要：针对无人机防滑刹车系统工作过程中同时出现系统输出滑移率稳定区域受限、控制输入饱和与刹车执行机构故障的

2、多重约束问题，提出了一种基于障碍Lyapunov形式的自适应神经网络反演容错控制器的设计方法。当刹车执行机构发生故障时，通过自适应神经网络补偿刹车系统中的非线性及不确定项。根据反演设计原理，应用神经网络输出设计相应的容错控制律，同时，在控制器的设计中引入鲁棒切换控制项，优化系统快速容错的暂态性能。首先本文设计的容错控制器无需精确获取执行机构在线故障的重构信息，也能使刹车闭环系统能够快速稳定，然后基于Lyapunov方法分析了系统的稳定性，最后通过数值仿真结果表明，所提出的容错控制算法能够有效地保证刹车执行机构故障时控制系统的稳定性和有效性。关键词：防

3、滑刹车；Lyapunov；容错控制；执行机构故障；输入输出受限中图分类号：TP237：V227文献标识码：A文章编号：1001．5965(2017)06．1132-09近20年来，无人机容错技术得到了长足的发展，特别针对大中型轮式起降无人机的机电系统容错理论也进行了深入的研究。刹车系统作为无人机的起飞着陆子系统的组成部分，对于保障无人机安全起飞、着陆及纠偏起到重要的作用。防滑刹车系统的可靠与否，直接关系到无人机载具的起降安全和任务完成程度。执行机构部分失效型故障普遍存在于各类非线性控制系统中，无人机刹车系统也不例外，对于无人机刹车系统的执行机构故障的

4、自主解析冗余技术的研究有着重要的理论和应用价值。然而，此类研究文献却鲜有。近些年来，反演算法被广泛应用于非线性系统的容错控制中01-3]。Chen等H1将反演迭代控制算法应用至飞机防滑刹车系统的滑移率跟踪控制，取得了较好的控制效果。文献[5]采用滑模迭代学习律进行故障估计，用以补偿执行机构故障和外部干扰的影响，但文献中的故障估计却依赖于现有故障估计误差的获取。文献[6．8]假设执行器的失效型故障量和卡死型故障量已知的前提下，针对纯反馈的非线性冗余执行器容错控制，提出自适应模糊反演控制策略，设置自适应模糊机构补偿系统非线性项，实际中真实故障值是无法取得

5、的。与此同时，随着自适应反演神经网络控制的发展，大量的先进控制方法被提出，例如Poly．carpou¨1首次提出将自适应边界技术应用于估计神经网络逼近误差的未知上界。这种策略已经广泛应用于自适应神经网络的设计。Bechlioulis和Rovithakis¨叫针对标准SISO不确定非线性系统提出了一种基于自适应神经网络的控制器，能够保证跟踪误差在一个时变的界内。然而只有当神经网络的估计性能受限在一定紧集内时，大多数自适应神经网络控制算法仅能够确保闭环控制系统的半全局一致稳定。Wang等⋯。将水下无人机推收稿日期：2016-05-23；录用日期：2016

6、-07-01；网络出版时间：2016-09—1210：39网络出版地址：WWW．cnki．net／kems／detail／11．2625．V．20160912．1039．005．html基金项目：国家自然科学基金(60974146，61473229)}通讯作者：E-mail：yJ90311@nwpu．edu．cn；f用格式：孙辉，闫建国，屈耀红．输入输出受暇的无入机肪滑剃车系统容错控制fJJ．北京航空航天大学学报，2017，43(6)：1132．I140．SUNH，YANJG，QuYH．Fault-tolerantcontrolofUAVanti-s

7、kidbrakingsystemwithinputandoutputconstraintsEJJ．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，43(6)：1132．1140(inChinese)．第6期孙辉，等：输入输出受限的无人机防滑刹车系统容错控制1133进器故障量和外界扰动看作是系统的不确定项，构造径向基函数神经网络(RadialBasisFunctionNeuralNetwork，RBFNN)用于估计不确定项，同时将滑模算法同反演控制相结合，对执行器故障进行容错控制。

8、然而，其并未考虑系统跟踪状态量的受限与执行器饱和这一因素。现有的文献研究¨2‘141均是针对滑移率的调节使其