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      無人機某工作點下縱向增穩(wěn)回路在傳感器失效下的容錯控制設(shè)計

      2017-09-06 03:50:06何金陽
      科教導(dǎo)刊 2017年20期

      何金陽

      摘 要 本文基于被動容錯的參數(shù)空間法,研究了無人機某工作點下縱向增穩(wěn)回路在傳感器失效下的容錯控制設(shè)計,完成了控制器參數(shù)設(shè)計,并對仿真的結(jié)果進行了分析。

      關(guān)鍵詞 飛行控制系統(tǒng) 參數(shù)空間法 容錯控制

      中圖分類號:TP273 文獻標(biāo)識碼:A DOI:10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.07.017

      0 引言

      為了保證系統(tǒng)在元器件正常和故障運行下的安全性和基本性能,容錯控制設(shè)計已經(jīng)在過去的二十年中得到了足夠的重視。現(xiàn)在,已出現(xiàn)兩種比較完善的解決魯棒控制器設(shè)計問題的方法:一種是以算子理論和H∞理論為基礎(chǔ)的魯棒控制理論,較好地解決了當(dāng)正常系統(tǒng)G(s)存在附加未建模動態(tài)△(s)時系統(tǒng)的分析和綜合問題。另一種以參數(shù)空間方法和極點配置理論為基礎(chǔ)的魯棒控制理論,較好地解決了參數(shù)有界不確定性和多模系統(tǒng)的分析和綜合問題。

      1 參數(shù)空間法理論

      目前,參數(shù)空間方法形成了頻域分析方法和時域分析與設(shè)計方法等理論體系。其中,參數(shù)空間方法在頻域分析與設(shè)計方法也稱為代數(shù)多項式法,主要研究開展系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的特征多項式的系數(shù)攝動對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。時域方法主要研究狀態(tài)方程矩陣元素攝動對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。

      考慮一連續(xù)或離散單位閉環(huán)反饋系統(tǒng),前向通道的GH(s)模塊是系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)(包括控制器),系統(tǒng)的特征方程可表示為

      2 運用參數(shù)空間法的算例

      研究無人機某工作點下縱向增穩(wěn)回路在傳感器失效下的容錯控制設(shè)計,無人機縱向通道增穩(wěn)回路采用加速度反饋和俯仰角速率反饋。

      無人機縱向增穩(wěn)回路狀態(tài)反饋矩陣,傳感器為速率陀螺和法向加速度表。

      傳遞函數(shù)為:

      給定相關(guān)參數(shù)后,利用參數(shù)空間方法進行計算。

      由圖1、圖2可以看出當(dāng)取控制器參數(shù)為(-0.0567,-3.485)時,可以滿足系統(tǒng)的容錯控制。當(dāng)此時發(fā)生加速度傳感器失效故障,即意味著控制器參數(shù)為(0,-3.485),此時無人機對應(yīng)的性能區(qū)域為2,此時無人機飛行品質(zhì)明顯下降,但閉環(huán)系統(tǒng)仍是穩(wěn)定的。當(dāng)此時發(fā)生速度陀螺傳感器失效故障,即意味著控制器參數(shù)為(-0.0567,0),此時無人機對應(yīng)的區(qū)域為3,滿足一定飛行品質(zhì)。

      對該系統(tǒng)進行仿真后,相應(yīng)的階躍響應(yīng)圖如圖3、圖4:

      3 結(jié)論

      高空長航時無人機可以實現(xiàn)對加速度表傳感器失效的魯棒容錯控制,仿真可知,當(dāng)加速度表傳感器失效后,無人機仍具有一定的飛行品質(zhì),系統(tǒng)仍是穩(wěn)定,這為無人機故障診斷、控制律重構(gòu)提供了前提。而俯仰角速率陀螺傳感器一旦失效,雖然系統(tǒng)仍是穩(wěn)定的,但對系統(tǒng)的品質(zhì)影響較大,因此,在進行無人機容錯控制系統(tǒng)設(shè)計時對俯仰角速率陀螺可采取硬件冗余等措施來提高其可靠性。

      參考文獻

      [1] 金小崢,楊光紅,常曉恒,車偉偉.容錯控制系統(tǒng)魯棒和自適應(yīng)補償設(shè)計[J].自動化學(xué)報,2013(1):31-42.

      [2] 樊方星,楊軍.參數(shù)空間法在傾轉(zhuǎn)旋翼機飛行控制系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報,2006(S6):349-350,353.endprint

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