固定翼無人機(jī)的一種自適應(yīng)狀態(tài)反饋裝置研究摘要隨著現(xiàn)代科技，計(jì)算機(jī)技術(shù)以及航空工業(yè)的飛速發(fā)展，無人機(jī)也因其體積小成本低等特點(diǎn)得到了世界上多數(shù)國(guó)家認(rèn)可并成為了主要發(fā)展對(duì)象，并且近幾年在性能上也有了質(zhì)的飛躍。隨著無人機(jī)在實(shí)際生活中越來越廣泛的應(yīng)用，其安全問題備受關(guān)注。除了研究無人機(jī)本體設(shè)計(jì)的安全性以外，針對(duì)無人機(jī)控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)安全可靠的控制算法也非常重要。論文中對(duì)無人機(jī)模型的建立以及建模過程做出了說明以及闡述。通過無人機(jī)所受到的力分析得到無人機(jī)的非線性模型，隨后進(jìn)行解耦和配平，得到無人機(jī)的線性化模型。本畢業(yè)設(shè)計(jì)采用兩種容錯(cuò)控制方法確保無人機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并通過仿真測(cè)試驗(yàn)證了方法的有效性。本畢業(yè)設(shè)計(jì)中首先會(huì)介紹一種將受到執(zhí)行器部分失效故障的飛控系統(tǒng)并趨于穩(wěn)定的容錯(cuò)控制方法，根據(jù)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)反饋的信息，為了減少執(zhí)行器受到故障時(shí)本畢業(yè)設(shè)計(jì)中將設(shè)計(jì)一種自適應(yīng)狀態(tài)反饋裝置。此外，因此產(chǎn)生的自適應(yīng)閉環(huán)系統(tǒng)狀態(tài)趨于穩(wěn)定，通過在Matlab平臺(tái)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)得出設(shè)計(jì)的控制策略滿足讓系統(tǒng)在受到故障時(shí)也能穩(wěn)定運(yùn)行的目標(biāo)。其次，應(yīng)用了一種基于積分補(bǔ)償算法的容錯(cuò)控制器，未知參數(shù)與自適應(yīng)參數(shù)耦合帶來的困難采用積分補(bǔ)償器設(shè)計(jì)自適應(yīng)控制器利建立無人機(jī)故障系統(tǒng)模型。為了克服控制矩陣中未知參數(shù)與自適應(yīng)參數(shù)耦合帶來的困難,利用積分補(bǔ)償?shù)姆椒▉碓O(shè)計(jì)控制策略最終通過Matlab平臺(tái)來驗(yàn)證所用的控制策略能否將受到故障的系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。關(guān)鍵詞：固定翼無人機(jī)，執(zhí)行器故障，系統(tǒng)故障，自適應(yīng)控制，容錯(cuò)控制目錄TOC\o"1-2"\h\u12769摘要 )因此,所需的性能適用于系統(tǒng)。證畢。4.3仿真實(shí)驗(yàn)分析及驗(yàn)證為了驗(yàn)證本章所采用的控制策略的有效性，將該控制方法應(yīng)用到無人機(jī)橫側(cè)向模型中，得到所采用的自適應(yīng)控制方法對(duì)系統(tǒng)起到了好的控制作用，我們用下列參數(shù)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。仿真驗(yàn)證時(shí)參數(shù)及初始值條件如下，，，仿真中考慮如下故障情況，當(dāng)系統(tǒng)一開始運(yùn)行之后在兩秒之后就發(fā)生并一直存在著系統(tǒng)參數(shù)故障，當(dāng)設(shè)計(jì)的控制器增益不符合要求時(shí)無法保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性如圖（4-1）圖（4-1）未引入自適應(yīng)控制器時(shí)故障系統(tǒng)狀態(tài)響應(yīng)圖通過Matlab平臺(tái)利用LMI解出線性矩陣不等式（4-8）后得到的重要系統(tǒng)參數(shù)帶入控制輸入時(shí)由圖（4-2）可知引入積分補(bǔ)償器設(shè)計(jì)的自適應(yīng)容錯(cuò)控制方法可以使系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。圖（4-2）控制增益較大時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)曲線圖（4-3）控制增益較小時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)曲線由圖（4-3）我們不難發(fā)現(xiàn)雖然使用了同樣的控制策略但是得到的系統(tǒng)響應(yīng)曲線中我們可以看到控制效果不如圖（4-2）那么明顯。這是因?yàn)楫?dāng)我們將控制增益在可接受的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)增益時(shí)，控制增益越大得到的系統(tǒng)穩(wěn)定性越好。當(dāng)持續(xù)受到擾動(dòng)時(shí)只要條件允許應(yīng)盡可能使用數(shù)值較大的控制增益來得到更好的系統(tǒng)控制效果。4.4本章小結(jié)本文主要研究了一種基于積分補(bǔ)償器方法的自適應(yīng)容錯(cuò)控制問題。為了克服控制矩陣中未知參數(shù)與自適應(yīng)參數(shù)耦合帶來的困難,采用積分補(bǔ)償器設(shè)計(jì)自適應(yīng)控制器，使受到無人機(jī)系統(tǒng)參數(shù)故障的受損系統(tǒng)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，并通過仿真實(shí)驗(yàn)該控制策略能使系統(tǒng)按照原來的指標(biāo)穩(wěn)定運(yùn)行。

第五章總結(jié)與展望5.1總結(jié)本論文主要圍繞固定翼無人機(jī)的自適應(yīng)容錯(cuò)控制問題展開研究。最初是對(duì)無人機(jī)受到的力做出分析，之后在論文中繼續(xù)對(duì)得到的無人機(jī)非線性模型進(jìn)行解耦配平。在這幾步之后才能對(duì)無人機(jī)模型做線性化處理。在了解固定翼無人機(jī)模型的各類特點(diǎn)之后，思考固定翼無人機(jī)在運(yùn)行過程中可能會(huì)發(fā)生的故障類型以及無人機(jī)受到的來自外部的擾動(dòng)情況，通過利用設(shè)計(jì)容錯(cuò)控制器的一般方法對(duì)受到各類故障的無人機(jī)飛控系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償讓發(fā)生故障的無人機(jī)系統(tǒng)仍然按照原來的系統(tǒng)指標(biāo)繼續(xù)完成任務(wù)。其次根據(jù)建立的固定翼無人機(jī)線性化后的模型，考慮使用基于積分補(bǔ)償器的方法來解決容錯(cuò)控制問題。針對(duì)控制矩陣中未知參數(shù)與自適應(yīng)參數(shù)耦合帶來的困難,設(shè)計(jì)出一種自適應(yīng)控制器并能使發(fā)生的系統(tǒng)參數(shù)故障恢復(fù)到期望狀態(tài)并使系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行。最后在完成相應(yīng)的控制策略設(shè)計(jì)之后通過Matlab平臺(tái)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證本文中所設(shè)計(jì)的控制策略使無人機(jī)具有自適應(yīng)容錯(cuò)控制能力對(duì)發(fā)生的故障具有容錯(cuò)性并且系統(tǒng)穩(wěn)定性不發(fā)生改變。5.2展望我們把目光聚焦到控制方法時(shí)不難發(fā)現(xiàn)，論文的第三章和第四章提出的容錯(cuò)控制策略不僅可以應(yīng)用于各種需要容錯(cuò)機(jī)制的固定翼無人機(jī)模型的設(shè)計(jì)上，只要是使用此方法的系統(tǒng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)能滿足冗余的條件，就可以將本論文設(shè)計(jì)使用的控制策略帶入該系統(tǒng)。雖然前兩章所設(shè)計(jì)的控制器能夠保證系統(tǒng)的逐漸穩(wěn)定，但依然有一些問題需要更加深入的探討和研究，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，但是當(dāng)控制增益變得很大的時(shí)候要求解算控制增益的硬件要求就會(huì)變大很多設(shè)備可能不具備結(jié)算能力，這可能將是接下來值得去優(yōu)化的一個(gè)問題。參考文獻(xiàn)[1]張梅娟.固定翼無人機(jī)自適應(yīng)容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì)[D].東北大學(xué),2015.[1]周東華，葉銀忠.現(xiàn)代故障診斷與容錯(cuò)控制.清華大學(xué)出版社，2000.[2]劉輝.小型無人機(jī)容錯(cuò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].電子科技大學(xué),2015.[3]姜斌，楊浩.飛控系統(tǒng)主動(dòng)容錯(cuò)控制技術(shù)綜述.系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2007,29(12):2106-2110.[4]賁宗玉.某型無人機(jī)導(dǎo)航控制研究與軟件實(shí)現(xiàn)[D].西北工業(yè)大學(xué),2007[4]袁鋼，陳薇，張芮嘉，等.多旋翼無人機(jī)故障檢測(cè)及自救系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子世界，2018(07)：135-136.[5]黃勝.固定翼無人機(jī)橫側(cè)向模糊自適應(yīng)PID控制律的研究[D].長(zhǎng)春大學(xué).[6]滿廷灝.帶執(zhí)行器飽和的固定翼無人機(jī)故障檢測(cè)[D].東北大學(xué),2016.[7]張志洲.高速磁浮列車單鐵懸浮系統(tǒng)的容錯(cuò)控制問題研究[D].國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué),2006.[8]狄春雷.小型無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其自適應(yīng)方法研究[D].北京理工大學(xué),2016.[9]朱銳.小型無人機(jī)飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué).[10]舒暢,李輝.基于小波與GBDT的無人機(jī)傳感器故障診斷[J].測(cè)控技術(shù)，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]孔德勝.某型固定翼無人機(jī)飛控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真[D].北京理工大學(xué),2015.[24]呂海龍.一種基于單向輔助面滑?？刂频臒o人機(jī)姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)與仿真[J].四川兵工學(xué)報(bào),2015,11:112-117.[25]章衛(wèi)國(guó)，李愛軍，李廣文等．現(xiàn)代飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]．西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社,2009.[26]郭俊.無人機(jī)傳感器故障診斷與容錯(cuò)技術(shù)研究[D].蘭州理工大學(xué),2020.[27]Tang,X.D,.TGang,LWang,etal.Robustandadaptiveactuatorfailurecompensationdesignsforarocketfairingstructural-acousticmodel[J].Aerospace