于維倩，姜　斌，劉劍慰
南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，江蘇南京

摘　　　要：針對(duì)一類仿射非線性飛行控制系統(tǒng)的執(zhí)行器故障，提出了一種基于微分幾何方法的魯棒故障診斷方案。各個(gè)輸入通道相應(yīng)的不可觀分布滿足條件時(shí)，可以通過分別在狀態(tài)空間和輸出空間進(jìn)行同胚變換，將原系統(tǒng)化為多個(gè)只受單一通道故障輸入影響的能觀商子系統(tǒng)。原系統(tǒng)的殘差生成器設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化為對(duì)其各通道能觀商子系統(tǒng)的觀測(cè)器設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)殘差與其他通道故障及結(jié)構(gòu)性干擾解耦，從而進(jìn)行魯棒故障診斷。對(duì)不同輸入通道發(fā)生的執(zhí)行器故障進(jìn)行仿真（包括卡死、損傷、松浮、飽和），仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性，而且可看到該方法對(duì)多故障情況也有很好的診斷效果。

關(guān)　鍵　詞：非線性飛行控制系統(tǒng)；魯棒故障診斷；執(zhí)行器故障；多故障

１　引　言
目前對(duì)飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷研究，普遍的處理方法是進(jìn)行局部線性化［１］，直接利用線性模型進(jìn)行故障診斷。然而實(shí)際飛行控制系統(tǒng)在復(fù)雜的飛行條件下具有高度的非線性特性，因此簡(jiǎn)單的線性化方法并不完全適用。對(duì)非線性對(duì)象的故障診斷方法目前主要包括：基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)［２］，模糊理論［３�玻矗莸龋�神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的選擇至今缺乏統(tǒng)一的科學(xué)依據(jù)，模糊規(guī)則的建立則需要較多的先驗(yàn)知識(shí)，限制了這些方法在飛控系統(tǒng)上的應(yīng)用。針對(duì)非線性系統(tǒng)，微分幾何方法目前使用比較普遍，如文獻(xiàn)［５］提出了一種微分幾何魯棒故障診斷方法，文獻(xiàn)［６］提出了一種基于微分幾何理論進(jìn)行分解的故障估計(jì)方案。鑒于微分幾何方法依賴模型，且條件較為嚴(yán)格，飛行控制系統(tǒng)是一類復(fù)雜高階非線性系統(tǒng)，比一般系統(tǒng)更難滿足微分幾何條件，因此能夠應(yīng)用到飛行控制系統(tǒng)上的研究結(jié)果尚少。而且在實(shí)際中，不可避免地存在建模誤差、外部隨機(jī)干擾、未知輸入等難以預(yù)料的因素，會(huì)降低檢測(cè)診斷系統(tǒng)的性能，增加誤報(bào)率，這就對(duì)故障診斷方法的魯棒性提出了要求。本文將文獻(xiàn)［５］中的魯棒微分幾何故障診斷方法推廣應(yīng)用到仿射非線性飛行控制系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)殘差觀測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行器故障的診斷與隔離。較后將該方法對(duì)某民航機(jī)飛行控制系統(tǒng)的執(zhí)行器故障診斷，仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性。

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