淺談現(xiàn)代飛機控制系統(tǒng)的重構(gòu)控制

1、淺談現(xiàn)代飛機控制系統(tǒng)的重構(gòu)控制摘要當(dāng)前我國空中交通變得日益繁忙，減小飛機的事故發(fā)生，提高飛機的平安性和可靠性變得非常重要，研究飛機的平安性和可靠性的一個重要領(lǐng)域就是飛機控制系統(tǒng)的重構(gòu)技術(shù)。飛機控制系統(tǒng)的重構(gòu)控制技術(shù)研究最開始主要集中在飛機線性化模型在小擾動背景下的重構(gòu)控制規(guī)律的設(shè)計探究，而飛機控制系統(tǒng)的重構(gòu)技術(shù)能夠減小飛機控制系統(tǒng)硬件余度的依賴，允許飛機在發(fā)生大范圍故障或者戰(zhàn)斗過程中損傷時依然能夠完成飛行任務(wù)，其飛行性能并不受到多大影響。因此，研究飛機控制系統(tǒng)的重構(gòu)技術(shù)是當(dāng)前飛行器綜合設(shè)計領(lǐng)域中的一項熱門專題。關(guān)鍵詞飛機控制系統(tǒng)重構(gòu)控制中圖分類號：TM91文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1007-07

2、45202101-0001-031前言當(dāng)前我國空中交通變得日益繁忙，減小飛機的事故發(fā)生，提高飛機的平安性和可靠性變得非常重要，研究飛機的平安性和可靠性的一個重要領(lǐng)域就是飛機控制系統(tǒng)的重構(gòu)技術(shù)【1】如圖1所示飛機控制系統(tǒng)。該技術(shù)是運用一種主動容錯控制技術(shù)，能夠在系統(tǒng)中各個部件故障或遭遇意外損傷時對故障進行檢測和辨識，適時改變控制器參數(shù)或者結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)系統(tǒng)重構(gòu)或重建，讓飛行器能適應(yīng)故障或者特殊任務(wù)環(huán)境，有效確保系統(tǒng)平安性與維持飛機一定的操縱品質(zhì)【2】。所以，飛機控制系統(tǒng)的重構(gòu)技術(shù)能夠減小飛機控制系統(tǒng)硬件余度的依賴，允許飛機在發(fā)生大范圍故障或者戰(zhàn)斗過程中損傷時依然能夠完成飛行任務(wù)，其飛行性能并不受到多

3、大影響【3】。因此，研究飛機控制系統(tǒng)的重構(gòu)技術(shù)是當(dāng)前飛行器綜合設(shè)計領(lǐng)域中的一項熱門專題。2飛機控制系統(tǒng)的重構(gòu)控制技術(shù)的開展現(xiàn)狀飛機控制系統(tǒng)的重構(gòu)控制技術(shù)研究由來已久，最開始集中在飛機線性化模型方面的探究，尤其是小擾動背景下關(guān)于重構(gòu)控制方式的設(shè)計探究，并沒有一個明確概念，也只是由美國國家航空宇航局該單位的英文縮寫：NASA簡單的提出【4】。到1988年，美國ACC在“飛機重構(gòu)控制方面開設(shè)了一個專門研究欄目，專門探究線性系統(tǒng)中存在的一系列故障重構(gòu)問題現(xiàn)象如圖2所示飛機重構(gòu)飛行控制方法。次年，Napolitano等研究員提出了飛機控制的重構(gòu)技術(shù)，并得到了非常著名的算法，即飛機控制的重構(gòu)算法，該算法主

4、要采用的是多模態(tài)卡爾曼濾波器來計算飛機在某一零件損壞情況下的線性動力學(xué)模型，以此建立起飛行控制的重構(gòu)算法【5】。隨著研究的不斷深入，飛機控制系統(tǒng)的重構(gòu)控制技術(shù)的研究領(lǐng)域變得更寬廣，包括研究飛機強耦合性、非線性、時變性等方面的系統(tǒng)探究，飛控系統(tǒng)的自適應(yīng)能力飛控重構(gòu)技術(shù)的智能化，以及以后重構(gòu)控制算法與增益調(diào)節(jié)控制律的聚集，還會出現(xiàn)運用潛力與適應(yīng)靈活性的飛機控制系統(tǒng)的重構(gòu)控制技術(shù)。3飛機控制系統(tǒng)的重構(gòu)控制技術(shù)分析3.1偽逆法當(dāng)前，偽逆法可以說是非常重要的一種方法，該方法是一種使用飛機飛行的故障信息動態(tài)調(diào)整改變系統(tǒng)的反響控制增益，重構(gòu)系統(tǒng)以后可以使得飛機處于更加趨于正常狀態(tài)完成飛行控制，同時該方法又被

5、稱為偽逆法，因為在原系統(tǒng)的導(dǎo)進陣前要乘以一個偽逆陣，因此叫做偽逆法【6】。偽逆法重構(gòu)方案的目標(biāo)是按照己有的正常狀況下控制輸入與控制輸入矩陣是U0B0，故障下控制輸入與控制輸入矩陣是Ug，Bg。計算獲得Ug讓發(fā)生故障前后的輸入輸出特性沒改變，也就是UgBgU0B0要讓故障后的控制效果和正常情況的控制效果一樣，偽逆控制輸入：其中是飛行器故障以后的控制混合器反響增益矩陣，Bg+是Bg的偽逆矩陣，K0是正常情況下的反響增益矩陣。隨著飛行器的增多，故障的出現(xiàn)頻繁，偽逆法已經(jīng)成為一類十分常用的重構(gòu)控制方法，其優(yōu)點是算法單一，操作簡單方便，從而在實驗室研究，理論探究、飛行實際探究中獲得了廣泛采用如圖3所示飛

6、機飛行操縱面。例如：飛機的飛控系統(tǒng)操縱面發(fā)生故障，通常是損壞故障現(xiàn)象，就可以采用飛機飛行的故障信息動態(tài)進行實際操作，將系統(tǒng)的反響控制增益進行改變，當(dāng)系統(tǒng)故障信息得以重構(gòu)后就會擁有一個可以趨于正常情況飛行下的一種性能，從而到達對飛行器的飛行控制【7】。偽逆法還有一個優(yōu)點就是在重構(gòu)方法中飛行控制律無需改變，只需要導(dǎo)入一個“控制混合器就能解決問題。引入控制混合器是在飛機飛行中就可以按照各類故障情況切換到各類工作模式，不過控制混合器的設(shè)定要注意，必須在已經(jīng)離線狀況進行設(shè)計完成。3.2多模型自適應(yīng)法多模型自適應(yīng)控制器是利用多類型各式樣模型建立的模型集覆蓋系統(tǒng)參數(shù)改變的存在范圍，并且每個模型單獨設(shè)計了控制

7、器，并按照一定的切換方式方法選取最好控制器實施控制，但是在當(dāng)前的技術(shù)條件下，飛行控制系統(tǒng)的整體魯棒性沒有一種方法進行真實有效的評定8。多模型自適應(yīng)法是采用一種有限集假設(shè)作為根底，并且在這有限集中能夠完整刻畫飛行控制系統(tǒng)造成的不同壞損情況，而且該控制系統(tǒng)中還建立了許多壞損辨識模型與相應(yīng)的控制器，控制器能讓有關(guān)的辨識模型范圍中全面大的集合內(nèi)魯棒，這樣會讓集合彼此能彼交迭，重構(gòu)控制設(shè)計解自然就會存在其中。該方法主要用到飛行器執(zhí)行機構(gòu)壞損以及功能缺失問題上，同時所有飛行控制重構(gòu)系統(tǒng)中出現(xiàn)損傷模型時，該系統(tǒng)還能完成相關(guān)的觀測器建立，飛行器在運行時，多模型自適應(yīng)控制器還能實時的探尋最接近目前真實情況的模型

8、，然后轉(zhuǎn)換進相適宜的控制器，也更好的適應(yīng)各種故障環(huán)境問題。3.3無需故障信息的方法無需故障信息的方法主要是直接自適應(yīng)法，還有關(guān)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)重構(gòu)控制等各種類型方法。直接自適應(yīng)法是比較常見的方法，根據(jù)直接自適應(yīng)控制方法的應(yīng)用環(huán)境，采用各種構(gòu)造技術(shù)，讓發(fā)生故障后的飛機可以到達正實性的條件。自適應(yīng)調(diào)節(jié)機制有個明顯的作用，就是可以用故障飛機跟隨參考模型的輸出實現(xiàn)重構(gòu)系統(tǒng)的穩(wěn)定。該方法具有有效性，可以在某一特定的限制環(huán)境下實施進行。其次是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)重構(gòu)控制方法，該方法是采用非線性飛行控制系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)故障的點位與大小都無需提前獲知，系統(tǒng)的參數(shù)更不需要分析辨別，就能完成精準(zhǔn)跟蹤參考模型的輸出。該方

9、法的缺點就是控制系統(tǒng)的穩(wěn)固性、收斂性無法在重構(gòu)控制律以后進行評價認(rèn)定。4結(jié)語針對空中飛機的事故發(fā)生問題，本文探討了關(guān)于飛機一個重要領(lǐng)域就是飛機控制系統(tǒng)的重構(gòu)技術(shù)，該技術(shù)作為一種主動容錯控制技術(shù)，能夠在系統(tǒng)中各個部件故障或遭遇意外損傷時對故障進行檢測和辨識，適時改變控制器參數(shù)或者結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)系統(tǒng)重構(gòu)或重建，讓飛行器能適應(yīng)故障或者特殊任務(wù)環(huán)境，有效確保系統(tǒng)平安性與維持飛機一定的操縱品質(zhì)。但是當(dāng)飛行技術(shù)的研究不斷深入，飛機控制系統(tǒng)的重構(gòu)控制技術(shù)的研究領(lǐng)域攝入到飛機強耦合性、非線性、時變性等方面的系統(tǒng)探究，飛控系統(tǒng)的自適應(yīng)能力飛控重構(gòu)技術(shù)的智能化，以及以后重構(gòu)控制算法與增益調(diào)節(jié)控制律的聚集。文章在接下來

10、也進行深入的探討了這幾種技術(shù)，其中偽逆法可以說是非常重要的一種方法，優(yōu)點是算法單一，操作簡單方便，在重構(gòu)方法中飛行控制律無需改變，只需要導(dǎo)入一個“控制混合器就能解決問題。從而在實驗室研究，理論探究、飛行實際探究中獲得了廣泛采用。其次比較重要的是多模型自適應(yīng)法，多模型自適應(yīng)法是在這有限集中能夠完整刻畫飛行控制系統(tǒng)造成的不同壞損情況，而且該控制系統(tǒng)中還建立了許多壞損辨識模型與相應(yīng)的控制器，控制器能讓有關(guān)的辨識模型范圍中全面大的集合內(nèi)魯棒，這樣會讓集合彼此能彼交迭，重構(gòu)控制設(shè)計解自然就會存在其中。最后是無需故障信息的方法，該方法有有效性，可以在某一特定的限制環(huán)境下實施進行，缺乏就是控制系統(tǒng)的穩(wěn)固性、

11、收斂性無法在重構(gòu)控制律以后進行評價認(rèn)定。因此探討機控制系統(tǒng)的重構(gòu)技術(shù)，其目的是能夠減小飛機控制系統(tǒng)硬件余度的依賴，允許飛機在發(fā)生大范圍故障或者戰(zhàn)斗過程中損傷時依然能夠完成飛行任務(wù)，其飛行性能并不受到多大影響。參考文獻：【1】李藝海，鞏鵬瀟，方自力.某型機飛控系統(tǒng)“雙通道故障、俯仰方向振蕩問題分析與定位研究J.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，202124：57-58，61.【2】郭俊俏，喻松.電傳飛控系統(tǒng)的綜合控制臺方案J.中國科技信息，202110：50-51.【3】王民，張新珂，馮軍克，曾柯.某型飛機飛控系統(tǒng)自檢不通過故障分析J.航空維修與工程，202106：76-78.【4】雷鳴，盧曉東，霍幸莉.飛機顫振試飛操縱面脈沖鼓勵響應(yīng)仿真方法研究J.裝備環(huán)境工程，202109：48-53.【5】劉艷，高正紅.基于性能需求的戰(zhàn)斗機操縱面優(yōu)先級評估模型J.飛行力學(xué)，202104：6-10.【6】易堅，陳勇，董新民，支健輝，劉棕成.多操縱面飛機交叉耦合魯棒控制分配策略J.控制與決策，