一种基于有限频域飞行控制系统渐变故障的诊断设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于有限频域飞行控制系统渐变故障的诊断设计方法，首先采集该飞行控制系统的状态方程和输出方程。其次构造误差方程、增广误差方程以及故障诊断观测器增益矩阵。然后根据采集到的该飞行控制系统的状态方程和输出方程以及构造的误差方程、增广误差方程和故障诊断观测器增益矩阵，得到一种离散时间飞行控制系统的故障诊断观测器。利用该故障估计观测器可对飞行控制系统进行故障估计。本发明基于渐变故障频率范围较低的特点，在外界高频的扰动下，针对飞行控制系统模型，设计了基于有限频的多约束故障诊断观测器，降低了传统的在全频域设计方法的保守性。
【专利说明】一种基于有限频域飞行控制系统渐变故障的诊断设计方法【技术领域】
[0001]本发明属于飞行控制系统故障诊断【技术领域】，具体涉及一种基于有限频域飞行控制系统渐变故障的诊断设计方法。
【背景技术】
[0002]目前国家正在大力发展大飞机、近空间飞行器、直升机等各类先进飞行器，对飞行控制系统可靠性的研究提出了迫切需求，这也为该方向的学科发展提供了很好的机遇。深入研究各类先进飞行器控制系统的故障诊断与容错控制的新方法和新技术，对于延长飞行器的使用寿命，提升飞行器的安全性、可靠性，降低维护成本等方面具有重要意义，对于我国研发先进飞行器的控制系统具有重要的参考价值。
[0003]以飞行控制系统为本发明的主要研究对象。对于飞行控制系统而言，稳定性和可靠性的研究是非常重要的。飞行控制系统是飞行器的重要组成部分，对于飞行性能和安全性能起着异常重要的作用。目前很多设计方法是被动容错控制，没有包括故障检测、分离和故障估计的环节，这就无法知晓故障发生的时间、部位以及故障幅值的大小。本发明给出的基于观测器的故障诊断属于主动容错控制的范畴。在监控系统中加入故障估计子系统，分离出故障的位置、大小及类型。与此同时，飞行控制系统的故障诊断作为目前还没有深入研究的课题，可提高系统在故障下的恢复能力和生存能力。因此，研究飞行控制系统的可靠性与安全性具有深入研究的价值和广泛的应用前景。
[0004]传统的故障诊断方法主要是用来诊断突变的、幅值相对较大的故障。相比较于突变故障，渐变故障在早期一般具有幅值较小、变化缓慢的特点，故障信息很容易被系统中存在的各种干扰和噪声淹没，对监测系统的影响难以察觉，随着时间的变化会对系统造成一定的影响，乃至会产生严重的后果。由于渐变故障具有的这些特性，使得传统的故障诊断方法难以应用到渐变故障的早期诊断方法中，目前渐变故障的研究成果还很少。由于渐变故障发生时，具有变化缓慢、幅值较小等特点。而外界的噪声、扰动等不确定因素变化快，频率较高，如不考虑实际系统中的故障和噪声的特性，势必会增加故障诊断观测器的性能，降低其诊断的快速性和准确性。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于克服现有故障、噪声在全频域范围内故障诊断观测器具有较大保守性的不足，提供一种基于有限频域分析飞行控制系统故障的诊断设计方法，可以进一步提升故障估计的性能制，对飞行控制系统进行在线地故障估计。
[0006]本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题:
[0007]—种基于有限频域分析飞行控制系统故障的诊断设计方法，
[0008]第一步:采集该飞行控制系统的状态方程和输出方程:
[0009]第二部:构造误差方程、增广误差方程以及故障诊断观测器增益矩阵:
[0010]第三步:根据采集到的该飞行控制系统的状态方程和输出方程以及构造的误差方程、增广误差方程和故障诊断观测器增益矩阵，得到一种离散时间飞行控制系统的故障诊断观测器，该故障诊断观测器具体如下:
【权利要求】
1.一种基于有限频域飞行控制系统渐变故障的诊断设计方法，其特征在于包括如下步骤: 第一步:采集该飞行控制系统的状态方程和输出方程； 第二步:构造误差方程、增广误差方程以及故障诊断观测器增益矩阵: 第三步:根据采集到的该飞行控制系统的状态方程和输出方程以及构造的误差方程、增广误差方程和故障诊断观测器增益矩阵，得到一种离散时间飞行控制系统的故障诊断观测器，该故障诊断观测器具体如下:
2.根据权利要求1所述一种基于有限频域飞行控制系统渐变故障的诊断设计方法，其特征在于:所述第二步中误差方程的实现方法是:通过定义状态估计误差ex{k) = x{k)-^)故障估计误差~(幻=/(幻-/⑷，输出估计误差= ㈨， 从而得到误差方程:
3.根据权利要求2所述一种基于有限频域飞行控制系统渐变故障的诊断设计方法，其特征在于:所述第二步中增广误差方程的实现方法是:通过定义增广误差向量
4.根据权利要求3所述一种基于有限频域飞行控制系统渐变故障的诊断设计方法，其特征在于:所述第二步中故障诊断观测器增益矩阵L和F通过求解如下的线性矩阵不等式获取:对于给定的圆盘区域O，无穷范数H00性能指标L、Y2和正的标量e2、e 3，如果三个存在对称正定矩阵巧、a、这，对称矩阵巧、巧和矩阵歹、F满足:
【文档编号】G05B23/02GK103529830SQ201310541339
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2013年11月5日
【发明者】张柯, 姜斌, 夏静萍, 徐锦法 申请人:南京航空航天大学