一种四旋翼飞行器故障诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于飞行器技术领域，设及一种四旋翼飞行器故障诊断方法。
【背景技术】
[0002] 四旋翼飞行器也称为四旋翼直升机，是一种有4个螺旋奖且螺旋奖呈十字形交叉 的飞行器，可W搭配其它微型相机录制空中视频，具有垂直起降、稳定悬停和自主巡航能 力，在军事和民事领域有着广阔的应用前景，可广泛应用于航拍摄影、电力巡检、环境监测、 森林防火、灾情巡查、防恐救生、军事侦察、战场评估等领域因此应用较为广泛，因此对飞行 器的可靠性有很高的要求。
[0003] 正是由于飞行器的高可靠性要求，使得其故障诊断成为一个非常重要的问题。现 有飞行器故障诊断工具主要有阿姆斯研究中屯、开发的故障分析自动建模平台和混杂诊断 推理机、MADARS监控器W及Vanderbilt大学开发的FACT,主要从建模方法和推理方法两方 面进行阐述，借鉴和利用该些诊断工具对飞行器进行故障诊断，诊断过程复杂，成本较高， 并且在推理过程中有许多不确定因素，不能直观看出故障发生的时刻。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种四旋翼飞行器故障诊断方法，解决了现有飞行器故障诊 断中存在的过程复杂W及成本高的问题，可W直观地看出飞行器是否有故障发生W及故障 发生的时刻。
[0005] 本发明所采用的技术方案是，一种四旋翼飞行器故障诊断方法，具体按照W下步 骤实施：
[0006] 步骤1;测量四旋翼飞行器的飞行高度；
[0007] 步骤2;采用离子滤波估算四旋翼飞行器的飞行高度；
[0008] 步骤3;将步骤1的测量值和步骤2的估算值进行比较，计算残差并画出残差曲 线；
[0009] 步骤4 ;根据步骤3中的残差曲线来判断故障发生的时刻W及大小。
[0010] 本发明的特点还在于：
[0011] 步骤1测量四旋翼飞行器飞行高度的具体方法为：对飞行状态稳定的四旋翼飞行 器施加故障，通过数据采集卡采集施加故障后四旋翼飞行器的飞行高度。
[0012] 对四旋翼飞行器施加故障是通过改变执行器的失效因子来实现的。
[0013] 步骤2具体按照W下步骤实施：
[0014] 步骤2. 1;利用系统状态转移方程抽取k时刻先验粒子的状态.如?)~此&I.V脚)， 系统状态转移方程为：
[0015]
[001引上式中，WiWMi，護3和是四旋翼飞行器的输入，z、去、V分别 为四旋翼飞行器的高度，速度W及执行器的参数，M是四旋翼飞行器的质量，《为执行器的 动态参数，S是四旋翼飞行器的加速度；
[0017] 步骤2. 2;利用步骤2. 1中的k时刻先验粒子的状态.<(/)计算先验离子的观测似 然函数值/a('?)=戶(乃I為('?)）：
[0018] 具体计算方法为：通过系统观测方程计算，系统观测方程为：
[0019]
(2)
[0020] 其中，是k时刻的状态，yk是k时刻的输出；
[0021] 步骤2. 3 ;计算先验粒子的权值Wk，并使权值和为1 ;
[002引步骤2. 4;重采样；
[0023] 对当前时刻的粒子进行重采样，复制权值大的粒子，淘汰权值小的粒子，产生新的 样本集合，使离子总数保持不变；
[0024] 步骤2. 5;根据步骤2. 4重采样后的粒子估算四旋翼飞行器的高度;.
[0025]
(3)
[0026] 是重采样后k时刻粒子的状态，N表示粒子个数。
[0027] 步骤3中计算残差的方法为：步骤1的测量值和步骤2的估算值求差。
[002引步骤4中根据残差曲线来判断是否有故障发生W及故障发生的时刻的具体判断 方法为：
[0029]去掉四旋翼飞行器刚开始起飞时不稳定的信息，如果残差曲线在某时刻有突变或 者周期性变化，则说明该个时刻有故障发生。
[0030] 步骤2. 3中计算先验粒子权值Wk的方法为：
[0031]
(4)
[00础上式中，xl(/)是k时刻的状态，。是方差
[0033] 本发明的有益效果是；一种四旋翼飞行器故障诊断方法，在实验过程中，通过改变 执行器的失效因子来人为施加故障，不会损坏飞行器，安全可靠；采用离子滤波估算飞行 器的高度，用随机样本来近似的表示概率密度函数，用样本均值代替积分运算，运算过程简 单，精度高；计算测量值和估算值的残差并画出残差曲线，通过残差曲线可W直观地观察出 飞行器发生故障的时刻；整个过程容易掌握。
【附图说明】
[0034] 图1是本发明一种四旋翼飞行器故障诊断方法中四旋翼飞行器飞行正常情况下 的残差曲线；
[0035] 图2是本发明一种四旋翼飞行器故障诊断方法中改变四旋翼飞行器其中一个执 行器的失效因子；
[0036] 图3是本发明一种四旋翼飞行器故障诊断方法中改变四旋翼飞行器其中两个执 行器的失效因子；
[0037] 图4是本发明一种四旋翼飞行器故障诊断方法中改变四旋翼飞行器其中=个执 行器的失效因子。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0039] 本发明一种四旋翼飞行器故障诊断方法，具体包括W下步骤：
[0040] 步骤1 ;测量四旋翼飞行器的飞行高度；
[0041] 具体方法为；通过改变执行器的失效因子对飞行状态稳定的四旋翼飞行器施加故 障，通过数据采集卡采集施加故障后四旋翼飞行器的飞行高度；
[0042] 步骤2;通过离子滤波估算四旋翼飞行器的飞行高度；
[0043] 具体按照W下步骤实施：
[0044] 步骤2. 1 ;利用系统状态转移方程抽取k时刻先验粒子的状态 X;'(〇~WxJX,; ,(/))，系统状态转移方程为；
[0045]
[004引上式中，WprMi，Wp耐2，WpwM;和是四旋翼飞行器的输入，、V分别为 四旋翼飞行器的高度，速度W及执行器的参数，M是四旋翼飞行器的质量，《为执行器的动 态参数，S是四旋翼飞行器的加速度；
[0047]步骤2. 2 ;利用步骤2. 1中的k时刻先验粒子的状态兩>(〇计算先验离子的观测似 然函数值4 (0 =戶(乃| -片(0):
[0048] 具体计算方法为：通过系统观测方程计算，系统观测方程为：
[0049]
(2)
[0050] 其中