本文關(guān)鍵詞：無人機的故障診斷與容錯控制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：當前,無人機正處于一個高速發(fā)展的階段,在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域都有巨大的需求。無人機一般包括機械部分、電子控制部分和地面站部分,較為復雜;其工作環(huán)境的氣象條件也復雜多變。因此無人機的故障概率較高,并且在出現(xiàn)故障時一般比較致命�？紤]到無人機較為貴重,其任務(wù)負載與獲取的數(shù)據(jù)一般也具有較高價值,在其故障時如何迅速發(fā)現(xiàn)故障并消除故障影響顯得比較重要。本文對無人機各控制節(jié)點的故障研究,做了一定的梳理,并最終落腳于當前國內(nèi)研究較為薄弱的翼面故障這一方面。較為深入的分析了常規(guī)布局固定翼無人機在三個翼面出現(xiàn)部分損壞情形下的飛行狀態(tài)表現(xiàn),由此討論得出了故障類別與角速度狀態(tài)變化的關(guān)系。理論上,本文對系統(tǒng)辨識建模、基于解析模型的故障診斷和偽逆法容錯控制做了簡要介紹,推導了遞推最小二乘法辨識系統(tǒng)參數(shù)和基于觀測器完成殘差設(shè)計與殘差評估而實現(xiàn)故障診斷的步驟,并給出了偽逆矩陣的求解方法。針對小型無人機,本文利用STM32單片機搭建了故障診斷與容錯控制系統(tǒng)平臺,移植μC/OS-II操作系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)記錄與控制傳遞功能的模塊化。之后設(shè)計了垂直尾翼故障植入機構(gòu),利用硬件平臺采集的試驗飛機的正常飛行控制數(shù)據(jù)與三軸角速度狀態(tài)數(shù)據(jù)進行辨識建模,獲得了針對三個狀態(tài)的觀測器,并基于該觀測器構(gòu)造了殘差,設(shè)計了基于殘差的故障識別向量和故障判別法則。本文以垂直尾翼故障為算例,飛行中啟動故障植入機構(gòu),獲得了垂直尾翼突然損壞的故障飛行數(shù)據(jù)。在Matlab中用所設(shè)計的方法對該數(shù)據(jù)進行處理得出了殘差曲線與故障識別向量,由此根據(jù)判別法則判斷出故障類別,驗證了方法的正確性。最后根據(jù)飛機控制舵面效應(yīng)的先驗知識,給出了不同故障類別實現(xiàn)容錯控制的偽逆矩陣的形式。
【關(guān)鍵詞】：無人機 故障診斷 容錯控制 翼面損壞 嵌入式系統(tǒng)
【學位授予單位】：貴州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V267
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 第一章 緒論8-18
• 1.1 無人機系統(tǒng)概述8-9
• 1.2 無人機故障診斷與容錯控制的研究背景與意義9-11
• 1.3 故障診斷技術(shù)概述11-14
• 1.3.1 基于解析模型的故障診斷12-13
• 1.3.2 基于知識的故障診斷13
• 1.3.3 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的故障診斷13-14
• 1.4 容錯控制技術(shù)概述14
• 1.5 當前國內(nèi)外研究狀況與本文研究內(nèi)容14-18
• 1.5.1 當前國內(nèi)外研究狀況14-16
• 1.5.2 本文研究內(nèi)容16-18
• 第二章 無人機故障類別概述與翼面故障分析18-24
• 2.1 無人機典型控制鏈路節(jié)點故障概述18-20
• 2.1.1 無人機飛行控制器故障18
• 2.1.2 無人機飛行傳感器故障18-19
• 2.1.3 無人機執(zhí)行器故障19-20
• 2.2 無人機翼面故障20-23
• 2.2.1 常規(guī)布局固定翼飛機翼面概述20-21
• 2.2.2 主翼單邊部分受損分析21
• 2.2.3 水平尾翼單邊部分受損分析21-22
• 2.2.4 垂直尾翼部分受損分析22-23
• 2.2.5 翼面故障與角速度狀態(tài)的關(guān)系23
• 2.3 本章小結(jié)23-24
• 第三章 辨識建模、故障診斷與容錯控制原理24-33
• 3.1 系統(tǒng)辨識建模原理24-28
• 3.1.1 系統(tǒng)的建模方式24-25
• 3.1.2 最小二乘辨識法25-26
• 3.1.3 批處理最小二乘辨識法26-27
• 3.1.4 遞推最小二乘辨識法27-28
• 3.2 基于解析模型的故障診斷原理28-31
• 3.2.1 問題描述28-29
• 3.2.2 基于觀測器的殘差構(gòu)造29-30
• 3.2.3 殘差評估30-31
• 3.3 偽逆法容錯控制原理31-32
• 3.3.1 偽逆法概述31
• 3.3.2 偽逆法的實現(xiàn)過程31-32
• 3.4 本章小結(jié)32-33
• 第四章 系統(tǒng)的硬件和軟件平臺實現(xiàn)33-49
• 4.1 硬件選型33-36
• 4.1.1 微控制器選型33-34
• 4.1.2 傳感器選型34-35
• 4.1.3 數(shù)據(jù)記錄器35-36
• 4.2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計36-39
• 4.3 軟件系統(tǒng)實現(xiàn)39-47
• 4.3.1 μC/OS-II嵌入式開源實時操作系統(tǒng)簡介40
• 4.3.2 μC/OS-II嵌入式開源實時操作系統(tǒng)在STM32的移植40-41
• 4.3.3 控制量輸入與控制量輸出任務(wù)創(chuàng)建41-44
• 4.3.4 三軸角速度測量44-46
• 4.3.5 基于FATFS文件系統(tǒng)的Micro SD卡存儲實現(xiàn)46-47
• 4.4 本章小結(jié)47-49
• 第五章 辨識建模、故障診斷的實現(xiàn)與容錯控制49-60
• 5.1 實驗無人機介紹與故障植入機構(gòu)設(shè)計49-51
• 5.1.1 實驗對象49-50
• 5.1.2 垂直尾翼故障植入機構(gòu)設(shè)計50-51
• 5.2 用系統(tǒng)辨識方法構(gòu)造三狀態(tài)輸出模型51-55
• 5.2.1 飛行數(shù)據(jù)準備51-52
• 5.2.2 RLS遞推最小二乘法辨識系統(tǒng)參數(shù)52-55
• 5.3 翼面損傷時的故障診斷55-57
• 5.3.1 殘差與故障映射向量構(gòu)造55-56
• 5.3.2 垂直尾翼故障診斷算例56-57
• 5.4 翼面損傷時的容錯控制討論57-58
• 5.5 本章小結(jié)58-60
• 第六章 全文總結(jié)與展望60-62
• 6.1 總結(jié)60-61
• 6.2 展望61-62
• 致謝62-63
• 參考文獻63-65
• 附錄65-70

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 淳于江民,張珩;無人機的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J];飛航導彈;2005年02期

2 姜斌;楊浩;;飛控系統(tǒng)主動容錯控制技術(shù)綜述[J];系統(tǒng)工程與電子技術(shù);2007年12期

  本文關(guān)鍵詞：無人機的故障診斷與容錯控制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：396806