針對長航時(shí)無人機(jī)的簡易余度飛控系統(tǒng)故障重構(gòu)方法
【專利摘要】一種針對長航時(shí)無人機(jī)的簡易余度飛控系統(tǒng)故障重構(gòu)方法?；诜窍嗨圃硎褂弥鳌浞輦鞲衅鲀商自O(shè)備對關(guān)鍵導(dǎo)航信息的測量形成冗余，并在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上保證雙余度，從而構(gòu)成簡易余度飛控系統(tǒng)。對主傳感器信息和備份傳感器信息進(jìn)行比較，單位時(shí)間內(nèi)二者偏差大于門限值的次數(shù)過于頻繁時(shí)，可以判定某一傳感器發(fā)生故障，通過其余正常的導(dǎo)航信息進(jìn)行融合，用于對故障設(shè)備進(jìn)行定位，在某一執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障的情況下，通過其余正常的執(zhí)行機(jī)構(gòu)對故障機(jī)構(gòu)的影響進(jìn)行補(bǔ)償，確保飛行安全。
【專利說明】針對長航時(shí)無人機(jī)的簡易余度飛控系統(tǒng)故障重構(gòu)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]長航時(shí)無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]飛行控制分系統(tǒng)在整個(gè)無人機(jī)系統(tǒng)中處于核心地位，它在很大程度上決定了無人機(jī)的飛行安全性。對于無人機(jī)而言，飛行安全性是系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要優(yōu)先考慮的關(guān)鍵問題，尤其是長航時(shí)無人機(jī)上，該問題的必要性彰顯無遺。通常，飛行安全性是通過增加飛控系統(tǒng)的余度來保證的，但這需要以付出寶貴的重量為代價(jià)，此外，余度的增加還會(huì)大大增加飛控系統(tǒng)的復(fù)雜度。
[0003]上述矛盾可以通過構(gòu)建一種簡易余度飛控系統(tǒng)來加以解決，即在傳感器子系統(tǒng)中的關(guān)鍵信息上形成非相似冗余備份，在主傳感器故障的情況下備份傳感器能夠提供可用的狀態(tài)信息；在某一執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障的情況下備份執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以提供相關(guān)通道的控制能力。相應(yīng)地，要求飛控系統(tǒng)能夠及時(shí)地判斷傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障，準(zhǔn)確地對故障設(shè)備進(jìn)行定位，并通過重構(gòu)算法保證控制律在設(shè)備故障情況下的有效性。目前，長航時(shí)無人機(jī)上普遍采用相似多余度飛控系統(tǒng)，其故障重構(gòu)方法相對簡單，而對于采用非相似的簡易余度飛控系統(tǒng)，尚無有效的控制重構(gòu)方法可供參考。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決問題:為了克服簡易余度飛控系統(tǒng)難以進(jìn)行故障識別、故障定位和故障重構(gòu)的問題，提供一種長航時(shí)無人機(jī)簡易余度飛控系統(tǒng)的故障重構(gòu)方法，該方法能夠在某一關(guān)鍵主導(dǎo)航信息缺失或某一執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障情況下無人機(jī)的安全飛行。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:一種針對長航時(shí)無人機(jī)的簡易余度飛控系統(tǒng)故障重構(gòu)方法，所述的無人機(jī)飛控系統(tǒng)包括飛控計(jì)算機(jī)、傳感器子系統(tǒng)、舵系統(tǒng)；所述的傳感器子系統(tǒng)包括GPS、垂直陀螺、角速率陀螺、大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)和無線電高度表；步驟如下:
[0006](5)在傳感器子系統(tǒng)中增加磁航向儀、光纖陀螺JfGPS、垂直陀螺、角速率陀螺、大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)和無線電高度表作為主傳感器子系統(tǒng)，用于測量無人機(jī)的主導(dǎo)航信息；將磁航向儀、光纖陀螺以及GPS構(gòu)成備份傳感器子系統(tǒng)，用于測量無人機(jī)的備份導(dǎo)航信息；所述的導(dǎo)航信息包括無人機(jī)三軸位置、三軸姿態(tài)、三軸角速率、三軸速度四類信息；
[0007](6)將主傳感器子傳感器和備份傳感器子系統(tǒng)輸出的同類信息進(jìn)行比對，當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)二者的偏差大于偏差門限值的次數(shù)大于次數(shù)門限值時(shí)，認(rèn)為測量該類導(dǎo)航信息的傳感器故障，轉(zhuǎn)步驟(3);否則，認(rèn)為主、備份傳感器子系統(tǒng)中的提供該類導(dǎo)航信息的傳感器正常；
[0008](7)根據(jù)主傳感器子系統(tǒng)中正常的導(dǎo)航信息估算出現(xiàn)故障的那類導(dǎo)航信息，將估算的導(dǎo)航信息分別與主傳感器子系統(tǒng)、備份傳感器子系統(tǒng)的相應(yīng)導(dǎo)航信息進(jìn)行比對，認(rèn)為偏差較小的傳感器子系統(tǒng)正常，偏差較大的傳感器子系統(tǒng)存在故障；
[0009](8)飛控計(jì)算機(jī)利用正常的傳感器測量信息生成舵系統(tǒng)的控制指令，驅(qū)動(dòng)舵系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的舵面，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的飛行控制。
[0010]所述步驟(3)中估算出現(xiàn)故障的那類導(dǎo)航信息當(dāng)姿態(tài)正常但角速率異常時(shí)，估算的角速率公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種針對長航時(shí)無人機(jī)的簡易余度飛控系統(tǒng)故障重構(gòu)方法，所述的無人機(jī)飛控系統(tǒng)包括飛控計(jì)算機(jī)、傳感器子系統(tǒng)、舵系統(tǒng)；所述的傳感器子系統(tǒng)包括GPS、垂直陀螺、角速率陀螺、大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)和無線電高度表；其特征在于步驟如下: (O在傳感器子系統(tǒng)中增加磁航向儀、光纖陀螺；將GPS、垂直陀螺、角速率陀螺、大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)和無線電高度表作為主傳感器子系統(tǒng)，用于測量無人機(jī)的主導(dǎo)航信息；將磁航向儀、光纖陀螺以及GPS構(gòu)成備份傳感器子系統(tǒng)，用于測量無人機(jī)的備份導(dǎo)航信息；所述的導(dǎo)航信息包括無人機(jī)三軸位置、三軸姿態(tài)、三軸角速率、三軸速度四類信息； (2)將主傳感器子傳感器和備份傳感器子系統(tǒng)輸出的同類信息進(jìn)行比對，當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)二者的偏差大于偏差門限值的次數(shù)大于次數(shù)門限值時(shí)，認(rèn)為測量該類導(dǎo)航信息的傳感器故障，轉(zhuǎn)步驟(3);否則，認(rèn)為主、備份傳感器子系統(tǒng)中的提供該類導(dǎo)航信息的傳感器正常； (3)根據(jù)主傳感器子系統(tǒng)中正常的導(dǎo)航信息估算出現(xiàn)故障的那類導(dǎo)航信息，將估算的導(dǎo)航信息分別與主傳感器子系統(tǒng)、備份傳感器子系統(tǒng)的相應(yīng)導(dǎo)航信息進(jìn)行比對，認(rèn)為偏差較小的傳感器子系統(tǒng)正常，偏差較大的傳感器子系統(tǒng)存在故障； (4)飛控計(jì)算機(jī)利用正常的傳感器測量信息生成舵系統(tǒng)的控制指令，驅(qū)動(dòng)舵系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的舵面，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的飛行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對長航時(shí)無人機(jī)的簡易余度飛控系統(tǒng)故障重構(gòu)方法，其特征在于:所述步驟(3)中估算出現(xiàn)故障的那類導(dǎo)航信息當(dāng)姿態(tài)正常但角速率異常時(shí)，估算的角速率公式如下:

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對長航時(shí)無人機(jī)的簡易余度飛控系統(tǒng)故障重構(gòu)方法，其特征在于:飛控計(jì)算機(jī)根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反饋信號，判斷執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否發(fā)生故障，對可重構(gòu)的故障執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制率重構(gòu)以消除故障影響。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種針對長航時(shí)無人機(jī)的簡易余度飛控系統(tǒng)故障重構(gòu)方法，其特征在于:當(dāng)升降舵機(jī)卡死時(shí)縱向重構(gòu)控制律:
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種針對長航時(shí)無人機(jī)的簡易余度飛控系統(tǒng)故障重構(gòu)方法，其特征在于:當(dāng)方向舵機(jī)卡死時(shí)，航向重構(gòu)控制律:
【文檔編號】G05B9/03GK103529692SQ201310526186
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】尹永鑫 申請人:中國航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院