混合过驱动系统容错控制分配研究

Fault-tolerant control allocation for hybrid flight control systems with discrete and continuous control inputs is investigated in this proposal. By using mixed logical dynamical method, a uniform hybrid model is developed. Based on the fault information from observer with finite time convergence, fault-tolerant control allocation for hybrid flight control systems is proposed. With consideration of characteristics of fault-tolerant control systems, the transient response and finite time stability are taken into account when designing the control allocation strategy. The proposed fault-tolerant control for hybrid flight control systems is validated in the simulation platform of overactuated flight control, which has been already developed in our lab. The proposed study is the integration of hybrid system theory and fault tolerant control technique. It is one of the research frontiers and basic studies in fault detecting and fault tolerant control fields. The research results will provides a theoretical basis and technical support for the related research fields, such as design and analysis of fautl tolerant flight control system, hybrid fault tolerant control.

本课题拟研究具有离散/连续控制特性的混合过驱动飞行控制系统的容错控制分配策略。基于混合逻辑动态理论，对包含离散动态、连续动态和动态切换的混合过驱动飞行控制系统建立统一的混合数学模型。在执行机构控制效率估计和有限时间收敛的故障诊断模块信息支持下，研究适应于离散/连续混合过驱动飞行控制系统的容错分配算法。通过研究故障条件下控制重分配的暂态响应过程和有限时间稳定性，完成对控制重构策略的性能分析。最后拟利用"过驱动飞行控制分配仿真平台"对所研究的算法进行仿真验证。这项研究是混合系统理论与容错控制技术的交叉结合，是当前故障诊断与容错控制领域的前沿和基础性课题，研究成果将为容错飞行控制系统设计与分析、混合系统容错控制技术等众多领域提供理论基础和技术支持。

本项目深入分析了混合过驱动飞行控制系统的特点，研究了过驱动系统混合建模、故障检测、干扰观测器、确保暂态性能的容错控制等方法，在此基础上，系统地开展了面向混合过驱动系统的容错控制与控制分配方法研究。取得的创新性进展包括：（1）提出了适用于复合控制飞行器以及多模态小型无人直升机的混合逻辑动态建模方案；（2）提出了基于非奇异干扰观测器与自适应故障观测器的容错飞行控制方法，完成基于观测器的容错飞行控制设计；（3）探讨了确保暂态性能的容错控制重构的问题，基于描述性能界函数提出了考虑输出约束与暂态性能的自适应控制方法；（4）综合了动态面控制、神经网络控制以及有限时间控制等多种先进自适应控制方法，提高了控制系统的鲁棒性和容错性能。.....