基于解析模型的飞控系统故障诊断技术研究

作     者：谈娟 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈欣

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：飞行控制系统 执行机构 传感器 广义卡尔曼滤波 数据融合 

摘      要：随着航空技术的快速发展,故障诊断与健康管理成为余度飞行控制技术的一个重要研究内容。飞行控制系统是无人机的核心组成部分,其稳定性和可靠性关系到无人机的安全。从解析余度的角度研究飞行控制系统的故障诊断技术,能够弥补基于信号检测的故障诊断技术存在的一些不足,在理论研究和工程应用方面具有重要的意义和价值。论文围绕执行机构和传感器两个核心子系统展开研究,采用基于解析模型的故障诊断方法,设计了故障诊断算法和策略并开发了飞行控制与故障诊断综合系统,提高了执行机构和传感器系统故障诊断的效果。首先,对飞行控制系统的故障诊断理论方法和应用发展进行了对比研究和综合分析,制定了飞行控制系统故障诊断的研究方案。其次,针对执行机构系统的特性建立了参考模型,分析并模拟常见类型的故障特性,提出了基于广义卡尔曼滤波的执行机构故障诊断算法,设计自适应调节律进行校正以减小模型解析过程中的偏差。然后,针对机载传感器进行了机体对象建模、环境建模和传感器建模和系统特性分析,提出了基于代价函数的故障诊断联合算法,设计故障判别准则以提高系统对软故障检测的快速性,同时结合基于故障树专家系统决策的辅助手段以提高故障诊断的准确性。基于嵌入式实时操作系统构建了飞行控制与故障诊断综合系统,对综合系统的功能模块、总体需求和性能指标进行了研究和分析,设计了执行机构和传感器系统的故障注入模块,完成了综合系统的平台配置和软件开发工作。最后,搭建了飞行控制与故障诊断综合系统的半物理仿真环境,制定了系统测试与验证方案,通过模拟注入不同类型的执行机构故障和传感器故障,实现了综合系统的飞行控制与管理功能、模型解析功能和故障诊断功能,验证了所提出的故障诊断算法的合理性和有效性。