复杂海况下舰载无人机姿态控制系统的容错控制技术研究

To carry out theory basis and application study on domestic independent control of maritime aerial vehicle, it is significant that efficiency and reliability technique of shipborne unmanned aerial vehicle (UAV) is researched. The research aims at fault tolerant control (FTC) problem for attitude control system (ACS) of shipborne UAV in actuator fault case. In addition, it is the background and research object to enhance high accuracy, high reliability and independent ability of our shipborne UAV in complex sea conditions. Moreover more practical, generic fault model is established via analyzing actuator fault characteristic, the nonlinear control methods such as adaptive control and dynamic surface control (DSC) are synthesized, uncertainties and disturbance are considered, and the rubost FTC study for ACS of UAV in actuator fault case is carried out. On the basis of them, control allocation (CA) problem is discussed, the new mechanism and method for FTC of UAV with control input constraint in different actuator fault case is researched deeply from the aspects of system design, stability analysis, and mathematics emulation. At the same time, the small computational, real-time, simple method is sought for, which can accumulate new idea, theory and technique of FTC research and application for domestic coming shipborne UAV.

研究舰载无人机的有效性、可靠性控制技术，对我国海上航空飞行器自主控制领域开展理论基础和应用研究具有重要的实际意义。本项目针对执行器故障情况下的舰载无人机姿态系统容错控制问题，以提高我国舰载无人机高精度、高可靠性和复杂海况下自主运行能力为研究背景和应用目标，通过对执行器故障特性的分析，建立更实际、更一般的故障模型，综合自适应、动态面控制等非线性控制理论与方法，考虑干扰与模型不确定性的影响，开展无人机执行器故障的姿态鲁棒容错控制技术研究；在此基础上，探索深层次控制分配问题，进一步考虑在控制受限的约束条件下，无人机不同类型执行器故障容错控制的新机理、新方法，并就其在系统设计、稳定性分析、数字仿真等方面的一些问题进行深入系统地研究；同时，从控制工程角度出发，探寻计算量小、实时性好、易于实现的数学方法，以期为我国未来的舰载无人机容错控制技术的进一步研究与应用提供新思路、理论依据和技术储备。

研究舰载无人机的有效性、可靠性控制技术，对我国海上航空飞行器自主控制领域开展理 论基础和应用研究具有重要的实际意义。本项目针对执行器故障情况下的舰载无人机姿态系统容错控制问题，以提高我国舰载无人机高精度、高可靠性和复杂海况下自主运行能力为研究背景。通过对执行器故障特性的分析，建立更实际、更一般的故障模型 ，综合自适应、动态面控制等非线性控制理论与方法，考虑干扰与模型不确定性的影响，研究了执行器效率损伤、加性偏差故障和卡死故障情况下的故障诊断与容错控制问题. 通过设计故障检测观测器、故障估计观测器得到了未知故障的精确估计值，设计了主动容错控制律使得故障情况下的舰载无人机仍然能够完成既定飞行任务。在此基础上，就其在系统设计、稳定性分析、数字仿真等方面的一些问题进行深入系统地研究；总结研究成果发表学术论文15篇（其中4篇SCI，9篇EI），申请发明专利5项，其中1项已正式授权。同时，从控制工程角度出发，探寻计算量小、实时性好、易于实现的数学方法， 以期为我国未来的舰载无人机容错控制技术的进一步研究与应用提供新思路、理论依据和技术储备。