【摘要】：執(zhí)行機構(gòu)在無人機飛行控制系統(tǒng)中發(fā)揮著十分重要的作用,對其進行實時的故障診斷很有必要。首先對無人機執(zhí)行機構(gòu)的工作原理進行分析,在此基礎(chǔ)上建立了無人機執(zhí)行機構(gòu)的解析模型,再以模型為參考,對無人機的執(zhí)行機構(gòu)進行實時的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷;設(shè)計了一種基于殘差的閾值——改進SPRT聯(lián)合算法,從殘差中提取故障特征,對執(zhí)行機構(gòu)的工作狀態(tài)做出檢測和判斷;最后,建立了執(zhí)行機構(gòu)故障的數(shù)學模型,通過在執(zhí)行機構(gòu)注入故障模型對文中的設(shè)計思路進行仿真驗證。結(jié)果表明,該聯(lián)合算法能快速有效地識別出執(zhí)行機構(gòu)的典型故障。
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圖片說明： 李勇等:基于解析模型的飛控系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的故障診斷型，將控制器的輸出同時傳輸給真實執(zhí)行機構(gòu)與執(zhí)行機構(gòu)模型，接著將舵面偏角信息與執(zhí)行機構(gòu)模型輸出的信息進行殘差處理，，最后，從殘差中提取故障特征進行分析，從而達到對執(zhí)行機構(gòu)實時狀態(tài)檢測和故障診斷的目的，整體設(shè)計思路如圖1所示。圖1執(zhí)行機構(gòu)故障診斷原理圖Fig．1Theprinciplediagramofactuator'sfaultdiagnosis2系統(tǒng)建模2．1執(zhí)行機構(gòu)建模執(zhí)行機構(gòu)建模是研究其故障診斷的一個關(guān)鍵步驟。執(zhí)行機構(gòu)由舵機、機械聯(lián)接裝置和舵面組成，它的輸入由控制器給出，輸出信號由舵面偏角傳感器測得［4］。飛行控制系統(tǒng)通過PWM或DA輸出通道對舵機進行輸出控制，舵機將輸入的電信號轉(zhuǎn)換為其機械運動，通過機械裝置驅(qū)動舵面產(chǎn)生相應(yīng)動作。無人機采用的舵機一般是電動舵機，由直流電動機、測速裝置、位置傳感器、齒輪傳動裝置和安全保護裝置構(gòu)成。舵機實際是一個高階非線性環(huán)節(jié)，為準確地建立舵機的模型，要充分考慮舵機的靜態(tài)特性和動態(tài)特性［5］。為了改善舵機的性能以滿足飛行控制系統(tǒng)的需求，通常將舵機的輸出信號反饋到輸入端形成具有負反饋回路的隨動系統(tǒng)，從而構(gòu)成一個典型的舵回路，如圖2所示。圖2舵回路方框圖Fig．2Theblockdiagramofrudderloop結(jié)合電動舵機的動態(tài)特性和靜態(tài)特性，電動舵機的特征可以用一個二階線性環(huán)節(jié)來近似，再加入間隙和幅值限制環(huán)節(jié)，由此建立了舵機的模型。舵機的輸出值由傳動機構(gòu)傳遞給舵面，因此，模型中需加入滯環(huán)環(huán)節(jié)模擬此過程。綜上所述，執(zhí)行機構(gòu)的模型如圖3所示。圖3執(zhí)行機構(gòu)模型示意圖Fig．3Theschematicdiagramofactuatormodel在建立執(zhí)行機構(gòu)模型的過程中，主要考慮的參數(shù)是阻尼比和自然頻率。結(jié)合工程實際，本文設(shè)置參數(shù)為:
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圖片說明： 鄗譴鄒釁韃?得［4］。飛行控制系統(tǒng)通過PWM或DA輸出通道對舵機進行輸出控制，舵機將輸入的電信號轉(zhuǎn)換為其機械運動，通過機械裝置驅(qū)動舵面產(chǎn)生相應(yīng)動作。無人機采用的舵機一般是電動舵機，由直流電動機、測速裝置、位置傳感器、齒輪傳動裝置和安全保護裝置構(gòu)成。舵機實際是一個高階非線性環(huán)節(jié)，為準確地建立舵機的模型，要充分考慮舵機的靜態(tài)特性和動態(tài)特性［5］。為了改善舵機的性能以滿足飛行控制系統(tǒng)的需求，通常將舵機的輸出信號反饋到輸入端形成具有負反饋回路的隨動系統(tǒng)，從而構(gòu)成一個典型的舵回路，如圖2所示。圖2舵回路方框圖Fig．2Theblockdiagramofrudderloop結(jié)合電動舵機的動態(tài)特性和靜態(tài)特性，電動舵機的特征可以用一個二階線性環(huán)節(jié)來近似，再加入間隙和幅值限制環(huán)節(jié)，由此建立了舵機的模型。舵機的輸出值由傳動機構(gòu)傳遞給舵面，因此，模型中需加入滯環(huán)環(huán)節(jié)模擬此過程。綜上所述，執(zhí)行機構(gòu)的模型如圖3所示。圖3執(zhí)行機構(gòu)模型示意圖Fig．3Theschematicdiagramofactuatormodel在建立執(zhí)行機構(gòu)模型的過程中，主要考慮的參數(shù)是阻尼比和自然頻率。結(jié)合工程實際，本文設(shè)置參數(shù)為:幅值±60°;阻尼比0．7;自然頻率20Hz。2．2執(zhí)行機構(gòu)故障建模從時間特性上來講，執(zhí)行機構(gòu)的故障劃分為緩變性故障、突變性故障和間歇性故障;從執(zhí)行機構(gòu)所表現(xiàn)出的故障具體形式，又可以將其分為執(zhí)行機構(gòu)卡死故障、執(zhí)行機構(gòu)松浮故障、執(zhí)行機構(gòu)損傷故障和執(zhí)行機構(gòu)偏差失效故障。本文主要按照第2種分類方式來分析執(zhí)行機構(gòu)故障�？ㄋ拦收鲜菆�(zhí)行機構(gòu)卡在某個位置不能動作，這種故障可能是由于機械卡死造成�？ㄋ拦收鲜沟脠�(zhí)行機構(gòu)對控制律解算出的控制輸入不再給出反應(yīng)，直接導(dǎo)致無人機失控。松浮故障是指執(zhí)行機構(gòu)無規(guī)則地自由移動，而
【作者單位】： 南京航空航天大學自動化學院;
【分類號】：V267

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本文編號：2516068