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近空间飞行器执行器的故障诊断及仿真平台研制

作　者: 张卓政
导　师: 姜斌
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 近空间飞行器 T-S模糊模型 故障诊断 自适应观测器 仿真平台
分类号: V249.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本文以近空间飞行器再入段六阶姿态动态T-S模糊模型为对象,利用故障诊断观测器技术和线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequalities, LMIs)方法,对其控制系统执行器故障诊断问题进行了理论研究,在MATLAB/Simulink环境中验证了算法;并且构建了故障诊断仿真平台,在实时环境中检验了所提算法的有效性。首先,介绍了故障诊断技术的发展和现状,重点介绍了基于观测器的故障诊断概况,分析了针对近空间飞行器控制系统的研究现状,概述了近空间飞行器故障诊断问题。其次,描述了近空间飞行器的非线性数学模型,重点考虑了再入段的姿态运动,用T-S模糊模型逼近其姿态动态,给出了其镇定控制器设计,为后续章节基于模型的故障诊断算法研究提供仿真模型。再次,基于模糊观测器,提出了近空间飞行器执行器故障检测方法,然后,考虑系统存在扰动和执行器故障的情况,设计了一种自适应观测器和故障估计算法,并引入了性能指标,利用LMIs方法求解矩阵参数,并和经典自适应估计算法进行了比较。仿真结果表明所提算法可以有效地抑制扰动的影响,快速准确地估计执行器的定值和时变故障。H_∞最后,设计了近空间飞行器故障诊断实时仿真平台。硬件上,完成了近空间飞行器模型实时仿真计算机、控制和故障诊断计算机、监控计算机之间的通信架构;软件上,完成了飞行器模型的实时仿真,控制和故障诊断算法的实时解算,故障注入模块和故障检测模块的软件实现、故障诊断数据的处理和界面显示。实验表明仿真平台可以完成近空间飞行器执行器故障的实时检测功能,达到了预期效果。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-19
  1.1 研究背景与意义  10-11
  1.2 控制系统故障诊断  11-16
    1.2.1 故障的定义和分类  11-12
    1.2.2 故障诊断的任务  12-13
    1.2.3 故障诊断的方法  13-14
    1.2.4 基于模型的故障诊断  14-16
  1.3 近空间飞行器的故障诊断及实时仿真平台  16-17
  1.4 本文主要研究内容  17-19
第二章 近空间飞行器的数学模型  19-28
  2.1 引言  19
  2.2 NSV的六自由度非线性数学模型  19-21
    2.2.1 基本假设和坐标系  19-20
    2.2.2 NSV的数学模型  20
    2.2.3 NSV的仿射非线性数学模型  20-21
  2.3 NSV再入T-S模糊模型  21-25
    2.3.1 T-S模糊建模原理  21-23
    2.3.2 NSV的T-S模糊模型  23-25
  2.4 NSV镇定控制  25-27
  2.5 本章小结  27-28
第三章 基于自适应技术的近空间飞行器故障诊断  28-38
  3.1 引言  28
  3.2 系统模型  28-29
  3.3 基于模糊观测器的故障检测  29-30
  3.4 基于自适应观测器的故障估计  30-33
    3.4.1 自适应观测器设计  30
    3.4.2 故障估计算法设计  30-33
  3.5 仿真分析  33-37
  3.6 本章小结  37-38
第四章 近空间飞行器故障诊断实时仿真平台研制  38-60
  4.1 引言  38
  4.2 仿真平台总体设计  38-40
    4.2.1 功能设计要求  38-39
    4.2.2 基于模型的故障诊断原理的仿真平台  39
    4.2.3 仿真平台总体方案  39-40
  4.3 仿真平台的硬件组成  40-42
    4.3.1 仿真平台的硬件结构  40-42
  4.4 仿真平台的软件组成  42-58
    4.4.1 仿真软件的运行环境  42-43
    4.4.2 DOS下网络通信  43-45
    4.4.3 DOS下串口通信  45
    4.4.4 DOS下定时中断  45-46
    4.4.5 数学模型的仿真算法  46-49
    4.4.6 MS 软件流程  49-51
    4.4.7 CS 软件流程  51-53
    4.4.8 MCS 软件模块  53-56
    4.4.9 仿真示例  56-58
  4.5 本章小结  58-60
第五章 总结与展望  60-62
  5.1 总结  60
  5.2 展望  60-62
参考文献  62-67
致谢  67-68
在攻读硕士学位期间发表的学术论文目录和参加科研情况  68

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空仪表、航空设备、飞行控制与导航 > 飞行控制系统与导航 > 飞行控制
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