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山东大学学报 (工学版) ›› 2019, Vol. 49 ›› Issue (1): 66-74.doi: 10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.539

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基于强跟踪H-/H∞优化的无人机系统故障检测

朱晓强,钟麦英*   

  1. 山东科技大学电气工程及其自动化学院, 山东 青岛 266590
  • 收稿日期:2018-12-18 出版日期:2019-02-01 发布日期:2019-03-01
  • 通讯作者: 钟麦英
  • 作者简介:朱晓强(1992—)，男，山东枣庄人，硕士研究生，主要研究方向为故障诊断. E-mail: xiao_qiang_zhu@qq. com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(61873149);国家自然科学基金资助项目(61333005);国家自然科学基金资助项目(61733009);山东省泰山学者优势特色学科人才团队资助项目

Fault detection for unmanned aerial vehicle systems based on strong tracking H-/H∞ optimization

Xiaoqiang ZHU,Maiying ZHONG*   

  1. School of Electrical Engineering and Automation, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590, Shandong, China
  • Received:2018-12-18 Online:2019-02-01 Published:2019-03-01
  • Contact: Maiying ZHONG
  • Supported by:
    国家自然科学基金资助项目(61873149);国家自然科学基金资助项目(61333005);国家自然科学基金资助项目(61733009);山东省泰山学者优势特色学科人才团队资助项目

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摘要：

针对一类无人机飞行控制系统故障检测问题,提出基于强跟踪H-/H∞优化的故障检测方法。将无人机飞行控制系统的执行器与传感器故障描述为加性信号,在考虑风扰动的情况下,建立无人机纵向飞行控制系统的非线性故障模型。将残差产生器的设计归结为扩展H-/H∞最优问题。受强跟踪滤波器的快速收敛性的启发,在设计故障检测滤波器时将强跟踪滤波器与扩展H-/H∞最优问题相结合实现无人机飞行控制系统的快速故障检测。以无人机升降舵部分失效故障与空速管堵塞故障为例进行仿真试验。结果表明,提出的方法能够快速实现无人机飞行控制系统的故障检测。基于强跟踪H-/H∞优化的故障检测方法可用于无人机飞行控制系统的故障检测。

关键词: 非线性系统, 故障检测, 强跟踪滤波器, 扩展H-/H∞, 最优问题

Abstract:

The fault detection method based on the strong tracking H-/H∞ optimization was proposed for a class of unmanned aerial vehicle (UAV) flight control systems. Both the actuator fault and sensor fault were expressed as additive signals, and a nonlinear longitudinal faulty model for a class of UAV was established where the wind disturbance was considered. The design problem of the residual generator was formulated as an extended H-/H∞ optimization one. Inspired by the fast convergence of the strong tracking filter (STF), the STF was introduced to the extended H-/H∞ optimization to realize fast fault detection (FD) for UAV flight control systems. The simulation experiment was carried out with a loss of effectiveness of the elevator and an intermittent fault of the pitot. The simulation results showed that the faults could be detected rapidly through the proposed method. The fault detection method based on the strong tracking H-/H∞ optimization could be applied to the fault detection of UAV flight control systems.

Key words: nonlinear system, fault detection, strong tracking filter, extended H-/H∞, optimization problem

中图分类号: 

  • TQ028

图1

风干扰信号图"

图2

升降舵故障残差评价函数"

图3

升降舵故障滤波残差"

图4

空速管故障残差评价函数"

图5

空速管故障滤波残差"

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