【《固定翼无人机的一种自适应状态反馈装置研究》12000字（论文）】

固定翼无人机的一种自适应状态反馈装置研究摘要随着现代科技，计算机技术以及航空工业的飞速发展，无人机也因其体积小成本低等特点得到了世界上多数国家认可并成为了主要发展对象，并且近几年在性能上也有了质的飞跃。随着无人机在实际生活中越来越广泛的应用，其安全问题备受关注。除了研究无人机本体设计的安全性以外，针对无人机控制系统，设计安全可靠的控制算法也非常重要。论文中对无人机模型的建立以及建模过程做出了说明以及阐述。通过无人机所受到的力分析得到无人机的非线性模型，随后进行解耦和配平，得到无人机的线性化模型。本毕业设计采用两种容错控制方法确保无人机控制系统的稳定性，并通过仿真测试验证了方法的有效性。本毕业设计中首先会介绍一种将受到执行器部分失效故障的飞控系统并趋于稳定的容错控制方法，根据自适应机构反馈的信息，为了减少执行器受到故障时本毕业设计中将设计一种自适应状态反馈装置。此外，因此产生的自适应闭环系统状态趋于稳定，通过在Matlab平台进行仿真实验得出设计的控制策略满足让系统在受到故障时也能稳定运行的目标。其次，应用了一种基于积分补偿算法的容错控制器，未知参数与自适应参数耦合带来的困难采用积分补偿器设计自适应控制器利建立无人机故障系统模型。为了克服控制矩阵中未知参数与自适应参数耦合带来的困难,利用积分补偿的方法来设计控制策略最终通过Matlab平台来验证所用的控制策略能否将受到故障的系统趋于稳定。关键词：固定翼无人机，执行器故障，系统故障，自适应控制，容错控制目录TOC\o"1-2"\h\u12769摘要 )因此,所需的性能适用于系统。证毕。4.3仿真实验分析及验证为了验证本章所采用的控制策略的有效性，将该控制方法应用到无人机横侧向模型中，得到所采用的自适应控制方法对系统起到了好的控制作用，我们用下列参数进行了仿真验证。仿真验证时参数及初始值条件如下，，，仿真中考虑如下故障情况，当系统一开始运行之后在两秒之后就发生并一直存在着系统参数故障，当设计的控制器增益不符合要求时无法保证系统的稳定性如图（4-1）图（4-1）未引入自适应控制器时故障系统状态响应图通过Matlab平台利用LMI解出线性矩阵不等式（4-8）后得到的重要系统参数带入控制输入时由图（4-2）可知引入积分补偿器设计的自适应容错控制方法可以使系统恢复稳定。图（4-2）控制增益较大时系统响应曲线图（4-3）控制增益较小时系统响应曲线由图（4-3）我们不难发现虽然使用了同样的控制策略但是得到的系统响应曲线中我们可以看到控制效果不如图（4-2）那么明显。这是因为当我们将控制增益在可接受的范围内调节增益时，控制增益越大得到的系统稳定性越好。当持续受到扰动时只要条件允许应尽可能使用数值较大的控制增益来得到更好的系统控制效果。4.4本章小结本文主要研究了一种基于积分补偿器方法的自适应容错控制问题。为了克服控制矩阵中未知参数与自适应参数耦合带来的困难,采用积分补偿器设计自适应控制器，使受到无人机系统参数故障的受损系统恢复到稳定状态，并通过仿真实验该控制策略能使系统按照原来的指标稳定运行。

第五章总结与展望5.1总结本论文主要围绕固定翼无人机的自适应容错控制问题展开研究。最初是对无人机受到的力做出分析，之后在论文中继续对得到的无人机非线性模型进行解耦配平。在这几步之后才能对无人机模型做线性化处理。在了解固定翼无人机模型的各类特点之后，思考固定翼无人机在运行过程中可能会发生的故障类型以及无人机受到的来自外部的扰动情况，通过利用设计容错控制器的一般方法对受到各类故障的无人机飞控系统进行补偿让发生故障的无人机系统仍然按照原来的系统指标继续完成任务。其次根据建立的固定翼无人机线性化后的模型，考虑使用基于积分补偿器的方法来解决容错控制问题。针对控制矩阵中未知参数与自适应参数耦合带来的困难,设计出一种自适应控制器并能使发生的系统参数故障恢复到期望状态并使系统稳定的运行。最后在完成相应的控制策略设计之后通过Matlab平台进行仿真实验来验证本文中所设计的控制策略使无人机具有自适应容错控制能力对发生的故障具有容错性并且系统稳定性不发生改变。5.2展望我们把目光聚焦到控制方法时不难发现，论文的第三章和第四章提出的容错控制策略不仅可以应用于各种需要容错机制的固定翼无人机模型的设计上，只要是使用此方法的系统执行器结构能满足冗余的条件，就可以将本论文设计使用的控制策略带入该系统。虽然前两章所设计的控制器能够保证系统的逐渐稳定，但依然有一些问题需要更加深入的探讨和研究，比如在第四章中就可以看出控制增益越大控制效果就越好，但是当控制增益变得很大的时候要求解算控制增益的硬件要求就会变大很多设备可能不具备结算能力，这可能将是接下来值得去优化的一个问题。参考文献[1]张梅娟.固定翼无人机自适应容错控制器设计[D].东北大学,2015.[1]周东华，叶银忠.现代故障诊断与容错控制.清华大学出版社，2000.[2]刘辉.小型无人机容错控制系统设计[D].电子科技大学,2015.[3]姜斌，杨浩.飞控系统主动容错控制技术综述.系统工程与电子技术,2007,29(12):2106-2110.[4]贲宗玉.某型无人机导航控制研究与软件实现[D].西北工业大学,2007[4]袁钢，陈薇，张芮嘉，等.多旋翼无人机故障检测及自救系统设计[J].电子世界，2018(07)：135-136.[5]黄胜.固定翼无人机横侧向模糊自适应PID控制律的研究[D].长春大学.[6]满廷灏.带执行器饱和的固定翼无人机故障检测[D].东北大学,2016.[7]张志洲.高速磁浮列车单铁悬浮系统的容错控制问题研究[D].国防科学技术大学,2006.[8]狄春雷.小型无人机飞行控制系统设计及其自适应方法研究[D].北京理工大学,2016.[9]朱锐.小型无人机飞控系统设计[D].哈尔滨工业大学.[10]舒畅,李辉.基于小波与GBDT的无人机传感器故障诊断[J].测控技术，2017，36(08):41-46.[12]N.Berend,C.Talbot.Overviewofsomeoptimalcontrolmethodsadaptedtoexpendableandreusablelaunchvehicletrajectories.AerospaceScienceandTechnology,2006,10(3):222–232.[13]K.P.Bollino,M.W.Oppenheimer,D.D.Doman.Optimalguidancecommandgenerationandtrackingforreusablelaunchvehiclereentry.AIAAGuidance,Navigation,andControlConference,PaperNumber:AIAA2006-6691.[14]Z.F.Gao,B.Jiang,P.Shi,Y.F.Xu.Fault-tolerantcontrolforanearspacevehiclewithastuckactuatorfaultbasedonaTakagi-Sugenofuzzymodel.PIMEPartI:JournalofSystemsandControlEngineering,2010,224(5):587–598.[15]B.Jiang,Z.F.Gao,P.Shi,Y.F.Xu.Adaptivefault-toleranttrackingcontrolofnearspacevehicleusingTakagi-Sugenofuzzymodels.IEEETrans.onFuzzySystems,2010,18(5):1000–1007.[16]B.Mansouri,N.Manamanni,K.Guelton,A.Kruszewski,T.M.Guerra.OutputfeedbackLMItrackingcontrolconditionswithH1criterionforuncertainanddisturbedT-Smodels.InformationSciences,2009,179:446-457.[17]A.Widodo,B.S.Yang.Waveletsupportvectormachineforinductionmachinefaultdiagnosisbasedontransientcurrentsignal,ExpertSystemswithApplications,2008,35(1-2),307-316.[18]M.Mahmoud.Sufficientconditionsforthestabilizationoffeedbackdelayeddiscretetimefaulttolerantcontrolsystems.InternationalJournalofInnovativeComputing,InformationandControl,2009,5(5):1137–1146.[19]H.Komatsu,T.Suzuki,S.Okuma,Y.Yamaguchi.Realizationoffaulttolerantcontrolusingμ-synthesisforthereusablelaunchvehicle.The41stSICEAnnualConference,2002,169–174.[20]J.J.Zhu,D.A.Lawrence,J.Fisher,Y.B.Shtessel.DirectfaulttolerantRLVattitudecontrol:asingularperturbationapproach.The34thSoutheasternSymposiumonSystemTheory,2002,86–91.[21]Gao,Z.W.,Ding,S.X.:‘Faultestimationandfault-tolerantcontrolfordescriptorsystemsviaproportional,multiple-integralandderivativeobserverdesign’,IETControlTheoryAppl.,2007,1,pp.1208–1218[22]MLCorradini,GOrlando.ActuatorFailureIdentificationandCompensationThroughSlidingModes[J].IEEETransactionsonControlSystemsTechnology,2006,15(1):184-190.[23]孔德胜.某型固定翼无人机飞控系统的设计与仿真[D].北京理工大学,2015.[24]吕海龙.一种基于单向辅助面滑模控制的无人机姿态控制器设计与仿真[J].四川兵工学报,2015,11:112-117.[25]章卫国，李爱军，李广文等．现代飞行控制系统设计[M]．西安：西北工业大学出版社,2009.[26]郭俊.无人机传感器故障诊断与容错技术研究[D].兰州理工大学,2020.[27]Tang,X.D,.TGang,LWang,etal.Robustandadaptiveactuatorfailurecompensationdesignsforarocketfairingstructural-acousticmodel[J].Aerospace