针对长航时无人机的简易余度飞控系统故障重构方法
【专利摘要】一种针对长航时无人机的简易余度飞控系统故障重构方法。基于非相似原理使用主、备份传感器两套设备对关键导航信息的测量形成冗余，并在执行机构上保证双余度，从而构成简易余度飞控系统。对主传感器信息和备份传感器信息进行比较，单位时间内二者偏差大于门限值的次数过于频繁时，可以判定某一传感器发生故障，通过其余正常的导航信息进行融合，用于对故障设备进行定位，在某一执行机构故障的情况下，通过其余正常的执行机构对故障机构的影响进行补偿，确保飞行安全。
【专利说明】针对长航时无人机的简易余度飞控系统故障重构方法
【技术领域】
[0001]长航时无人机飞行控制系统设计。
【背景技术】
[0002]飞行控制分系统在整个无人机系统中处于核心地位，它在很大程度上决定了无人机的飞行安全性。对于无人机而言，飞行安全性是系统设计时需要优先考虑的关键问题，尤其是长航时无人机上，该问题的必要性彰显无遗。通常，飞行安全性是通过增加飞控系统的余度来保证的，但这需要以付出宝贵的重量为代价，此外，余度的增加还会大大增加飞控系统的复杂度。
[0003]上述矛盾可以通过构建一种简易余度飞控系统来加以解决，即在传感器子系统中的关键信息上形成非相似冗余备份，在主传感器故障的情况下备份传感器能够提供可用的状态信息；在某一执行机构故障的情况下备份执行机构可以提供相关通道的控制能力。相应地，要求飞控系统能够及时地判断传感器和执行机构的故障，准确地对故障设备进行定位，并通过重构算法保证控制律在设备故障情况下的有效性。目前，长航时无人机上普遍采用相似多余度飞控系统，其故障重构方法相对简单，而对于采用非相似的简易余度飞控系统，尚无有效的控制重构方法可供参考。
【发明内容】
[0004]本发明的技术解决问题:为了克服简易余度飞控系统难以进行故障识别、故障定位和故障重构的问题，提供一种长航时无人机简易余度飞控系统的故障重构方法，该方法能够在某一关键主导航信息缺失或某一执行机构故障情况下无人机的安全飞行。
[0005]本发明的技术解决方案:一种针对长航时无人机的简易余度飞控系统故障重构方法，所述的无人机飞控系统包括飞控计算机、传感器子系统、舵系统；所述的传感器子系统包括GPS、垂直陀螺、角速率陀螺、大气数据系统和无线电高度表；步骤如下:
[0006](5)在传感器子系统中增加磁航向仪、光纤陀螺JfGPS、垂直陀螺、角速率陀螺、大气数据系统和无线电高度表作为主传感器子系统，用于测量无人机的主导航信息；将磁航向仪、光纤陀螺以及GPS构成备份传感器子系统，用于测量无人机的备份导航信息；所述的导航信息包括无人机三轴位置、三轴姿态、三轴角速率、三轴速度四类信息；
[0007](6)将主传感器子传感器和备份传感器子系统输出的同类信息进行比对，当单位时间内二者的偏差大于偏差门限值的次数大于次数门限值时，认为测量该类导航信息的传感器故障，转步骤(3);否则，认为主、备份传感器子系统中的提供该类导航信息的传感器正常；
[0008](7)根据主传感器子系统中正常的导航信息估算出现故障的那类导航信息，将估算的导航信息分别与主传感器子系统、备份传感器子系统的相应导航信息进行比对，认为偏差较小的传感器子系统正常，偏差较大的传感器子系统存在故障；
[0009](8)飞控计算机利用正常的传感器测量信息生成舵系统的控制指令，驱动舵系统产生相应的舵面，实现无人机的飞行控制。
[0010]所述步骤(3)中估算出现故障的那类导航信息当姿态正常但角速率异常时，估算的角速率公式如下:
【权利要求】
1.一种针对长航时无人机的简易余度飞控系统故障重构方法，所述的无人机飞控系统包括飞控计算机、传感器子系统、舵系统；所述的传感器子系统包括GPS、垂直陀螺、角速率陀螺、大气数据系统和无线电高度表；其特征在于步骤如下: (O在传感器子系统中增加磁航向仪、光纤陀螺；将GPS、垂直陀螺、角速率陀螺、大气数据系统和无线电高度表作为主传感器子系统，用于测量无人机的主导航信息；将磁航向仪、光纤陀螺以及GPS构成备份传感器子系统，用于测量无人机的备份导航信息；所述的导航信息包括无人机三轴位置、三轴姿态、三轴角速率、三轴速度四类信息； (2)将主传感器子传感器和备份传感器子系统输出的同类信息进行比对，当单位时间内二者的偏差大于偏差门限值的次数大于次数门限值时，认为测量该类导航信息的传感器故障，转步骤(3);否则，认为主、备份传感器子系统中的提供该类导航信息的传感器正常； (3)根据主传感器子系统中正常的导航信息估算出现故障的那类导航信息，将估算的导航信息分别与主传感器子系统、备份传感器子系统的相应导航信息进行比对，认为偏差较小的传感器子系统正常，偏差较大的传感器子系统存在故障； (4)飞控计算机利用正常的传感器测量信息生成舵系统的控制指令，驱动舵系统产生相应的舵面，实现无人机的飞行控制。
2.根据权利要求1所述的一种针对长航时无人机的简易余度飞控系统故障重构方法，其特征在于:所述步骤(3)中估算出现故障的那类导航信息当姿态正常但角速率异常时，估算的角速率公式如下:
3.根据权利要求1所述的一种针对长航时无人机的简易余度飞控系统故障重构方法，其特征在于:飞控计算机根据执行机构的反馈信号，判断执行机构是否发生故障，对可重构的故障执行机构进行控制率重构以消除故障影响。
4.根据权利要求3所述的一种针对长航时无人机的简易余度飞控系统故障重构方法，其特征在于:当升降舵机卡死时纵向重构控制律:
5.根据权利要求3所述的一种针对长航时无人机的简易余度飞控系统故障重构方法，其特征在于:当方向舵机卡死时，航向重构控制律:
【文档编号】G05B9/03GK103529692SQ201310526186
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】尹永鑫 申请人:中国航天空气动力技术研究院