近空间高超声速飞行器姿控系统的主动容错控制技术研究

This project makes the near space hypersonic vehicle (NSHV) as the research objective, and investigates the fault diagnosis problem with double layer structure for the nonlinear attitude control systems of NSHV, then we design an active fault tolerant control scheme according to the obtained fault diagnosis information. For the underlying system of fault detection, this project designs the residual signal of the plant and the adaptive threshold without increasing the computational quantity on the basis of factorization technique. For the high-level system of fault isolation and estimation, this project analyzes the fault propagation mechanism, studies the fault decoupling condition and design fault estimator according to the different locations actuator fault of near space vehicle occurred. In terms of the fault estimation information come form the fault diagnosis mechanism, this project designs active fault-tolerant control strategy by combining the adaptive control with the dynamic inversion control technology in the case of sensor noise, so that the near space vehicle under the faulty cases can still satisfies the basic flying quality and the performance requirement. Meanwhile, this project will carries out simulation test, such that establishing a good foundation for the practical applications. This research project has not only the very important academic value, but also has the wide application prospect and the practical significance for solving the active fault tolerant control problem of the attitude control systems of NSHV.

本项目以近空间高超声速飞行器为研究对象，针对其非线性姿态控制系统，研究具有双层结构的故障诊断系统，然后根据故障诊断信息来设计主动容错控制策略，以实现其安全可靠运行。针对故障检测的底层系统，以互质分解技术为基础，在不增加计算量的前提下建立系统残差并设计自适应阈值；针对基于故障隔离和估计策略的高层系统，根据该飞行器执行器故障发生的位置不同，分析各种故障的传播机理，研究其解耦条件，设计故障估计器；利用故障诊断模块得到的故障估计信息，通过融合自适应、动态逆等先进控制方法在传感器输出含有噪声的复杂情况下设计主动容错控制策略，使得故障情况下的高超声速飞行器仍然能够满足基本的飞行品质和性能要求；同时开展仿真试验验证，为实际应用奠定必要的基础。本项目研究对解决近空间高超声速飞行器姿态控制系统的主动容错控制问题不仅具有重要的学术参考价值，还具有广阔的应用前景和重大的现实意义。

本项目以近空间高超声速飞行器为研究对象， 针对其非线性姿态控制系统， 研究了具有双层结构的故障诊断系统， 然后根据故障诊断信息来设计主动容错控制策略， 以实现其安全可靠运行。 针对故障检测的底层系统， 以互质分解技术为基础， 在不增加计算量的前提下建立系统残差并设计自适应阈值； 针对基于故障隔离和估计策略的高层系统， 根据该飞行器执行器故障发生的位置不同， 分析各种故障的传播机理， 研究其解耦条件， 设计故障估计器； 利用故障诊断模块得到的故障估计信息， 通过融合自适应、 动态逆等先进控制方法在传感器输出含有噪声的复杂情况下设计主动容错控制策略， 使得故障情况下的高超声速飞行器仍然能够满足基本的飞行品质和性能要求； 同时开展仿真试验验证， 为实际应用奠定必要的基础。 本项目研究对解决近空间高超声速飞行器姿态控制系统的主动容错控制问题不仅具.有重要的学术参考价值，还具有广阔的应用前景和重大的现实意义。