CN112947366B - 一种解决飞行器控制系统中观测死循环问题的方法 - Google Patents

一种解决飞行器控制系统中观测死循环问题的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112947366B
CN112947366B CN202110135302.XA CN202110135302A CN112947366B CN 112947366 B CN112947366 B CN 112947366B CN 202110135302 A CN202110135302 A CN 202110135302A CN 112947366 B CN112947366 B CN 112947366B
Authority
CN
China
Prior art keywords
original
original system
aircraft control
interference
control system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110135302.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN112947366A (zh
Inventor
焦金磊
陈宇坤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CASIC Space Engineering Development Co Ltd
Original Assignee
CASIC Space Engineering Development Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CASIC Space Engineering Development Co Ltd filed Critical CASIC Space Engineering Development Co Ltd
Priority to CN202110135302.XA priority Critical patent/CN112947366B/zh
Publication of CN112947366A publication Critical patent/CN112947366A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112947366B publication Critical patent/CN112947366B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G05B23/0243—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults model based detection method, e.g. first-principles knowledge model
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/24—Pc safety
    • G05B2219/24065—Real time diagnostics

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

本发明的一个实施例公开了一种解决飞行器控制系统中观测死循环问题的方法，包括以下步骤：构建与原飞行器控制系统同输入同输出的辅助系统。本发明通过构建辅助系统，把复合未知量放在辅助系统的单一通道中，并保证通道其他量已知，使得该通道可以直接进行干扰观测器设计，拆开观测死循环，为实际工程中飞行器控制系统观测死循环问题提供了方便、实用的解决方法。

Description

一种解决飞行器控制系统中观测死循环问题的方法
技术领域
本发明涉及飞行器控制领域，更具体地，涉及一种解决飞行器控制系统中观测死循环问题的方法。
背景技术
飞行器控制系统往往受到外界复杂环境影响而存在未知干扰量，一般通过干扰观测器进行观测处理。限于成本考虑或观测手段的制约，通常无法测量飞行器控制系统所有的状态量，对于未知状态量，一般通过状态观测器进行观测处理。
目前的观测手段大多在构建干扰观测器时需要状态量已知，在构建状态观测器时需要除状态量外的其他量已知，但是在实际工程中，飞行器控制系统往往既存在未知干扰量，也同时存在未知状态量，那么状态量的观测和干扰量的观测就构成了观测死循环。
针对这一问题，提出一种解决飞行器控制系统中观测死循环问题的方法具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种解决飞行器控制系统中观测死循环问题的方法，把复合未知量放在辅助系统的单一通道中，并保证通道其他量已知，使得该通道可以直接进行干扰观测器设计，拆开观测死循环。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明提供一种解决飞行器控制系统中观测死循环问题的方法，包括以下步骤：
构建与原飞行器控制系统同输入同输出的辅助系统，其中，
所述原飞行器控制系统能建立如公式(1)所示的模型：
Figure BDA0002926647900000021
其中u为原系统输入量，y为原系统输出量且等于x1，x1、x2和x3为原系统状态量，d1、d2和d3为原系统干扰量，f1(x1,x2,x3)、f1(x1,x2,x3)和f1(x1,x2,x3)为原系统非线性不确定项，b为已知常数。
在一个具体示例中，原系统输入量u和原系统输出量y为已知量，原系统状态量x2、x3和原系统干扰量d1、d2和d3以及原系统非线性不确定项f1(x1,x2,x3)、f1(x1,x2,x3)和f1(x1,x2,x3)为未知量。
在一个具体示例中，
使用原系统的输入量对原系统状态量做如式(2)的估计
Figure BDA0002926647900000022
其中
Figure BDA0002926647900000023
为原系统状态量x2,x3的估计项，u为原系统输入量，b为已知常数。
在一个具体示例中，估计方程式(2)和原系统方程式构造如式(3)的系统
Figure BDA0002926647900000024
其中u为原系统输入量，y为原系统输出量且等于x1，x1,
Figure BDA0002926647900000025
为辅助系统状态量，d1为原系统干扰量，f1(x1,x2,x3)为原系统非线性不确定项，b为已知常数。
在一个具体示例中，整合复合干扰项，得到最终的辅助系统，如公式(4)所示：
Figure BDA0002926647900000031
Figure BDA0002926647900000032
其中u为原系统输入量，y为原系统输出量且等于x1，x1,
Figure BDA0002926647900000033
为辅助系统状态量，b为已知常数，D为复合干扰项。
本发明的有益效果如下：
本发明通过构建辅助系统，把复合未知量放在辅助系统的单一通道中，并保证通道其他量已知，使得该通道可以直接进行干扰观测器设计，拆开观测死循环，为实际工程中飞行器控制系统观测死循环问题提供了方便、实用的解决方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出一种解决飞行器控制系统中观测死循环问题的方法的示意图。
具体实施方式
为使本发明的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明一个实施例提供一种解决飞行器控制系统中观测死循环问题的方法，如图1所示，包括以下步骤：
构建与原飞行器控制系统同输入同输出的辅助系统，其中，
所述原飞行器控制系统能建立如公式(1)所示的模型：
Figure BDA0002926647900000041
其中u为原系统输入量，y为原系统输出量且等于x1，x1、x2和x3为原系统状态量，d1、d2和d3为原系统干扰量，f1(x1,x2,x3)、f1(x1,x2,x3)和f1(x1,x2,x3)为原系统非线性不确定项，b为已知常数，圆点表示导数。
在一个具体实施例中，原系统输入量u和原系统输出量y为已知量，原系统状态量x2、x3和原系统干扰量d1、d2和d3以及原系统非线性不确定项f1(x1,x2,x3)、f1(x1,x2,x3)和f1(x1,x2,x3)为未知量。即除了输入输出是已知量，其他皆为未知量。如果直接先设计状态观测器，由于存在未知的干扰项和未知的非线性不确定项，状态观测器难以设计。如果直接先设计干扰观测器，由于存在未知状态量，干扰观测器也难以设计。这就是所谓的观测死循环问题，也是飞行器控制系统在实际中经常遇到的问题。
在一个具体实施例中，使用原系统的输入量对原系统状态量做如式(2)的估计
Figure BDA0002926647900000042
其中
Figure BDA0002926647900000043
为原系统状态量x2,x3的估计项，u为原系统输入量，b为已知常数，尖号表示估计。
需要注意，由于忽略了不确定项和干扰项，该估计存在较大的偏差，但估计值是已知的。
在一个具体实施例中，估计方程式(2)和原系统方程式构造如式(3)的系统
Figure BDA0002926647900000051
其中u为原系统输入量，y为原系统输出量且等于x1，x1,
Figure BDA0002926647900000052
为辅助系统状态量，d1为原系统干扰量，f1(x1,x2,x3)为原系统非线性不确定项，b为已知常数。
在一个具体实施例中，整合复合干扰项，得到最终的辅助系统，如公式(4)所示：
Figure BDA0002926647900000053
Figure BDA0002926647900000054
其中u为原系统输入量，y为原系统输出量且等于x1，x1,
Figure BDA0002926647900000055
为辅助系统状态量，b为已知常数，D为复合干扰项。
需要注意，辅助系统与原系统具有相同的输入输出，通过设计控制律使辅助系统稳定即可使原系统稳定。辅助系统仅在第一个通道存在复合干扰项，且状态都是已知的，符合直接进行干扰观测器设计的要求。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (1)

1.一种解决飞行器控制系统中观测死循环问题的方法，其特征在于，包括以下步骤：
构建与原飞行器控制系统同输入同输出的辅助系统，其中，
所述原飞行器控制系统能建立如公式(1)所示的模型：
Figure FDA0003707276180000011
其中u为原系统输入量，y为原系统输出量且等于x1，x1、x2和x3为原系统状态量，d1、d2和d3为原系统干扰量，f1(x1,x2,x3)、f1(x1,x2,x3)和f1(x1,x2,x3)为原系统非线性不确定项，b为已知常数；
原系统输入量u和原系统输出量y为已知量，原系统状态量x2、x3和原系统干扰量d1、d2和d3以及原系统非线性不确定项f1(x1,x2,x3)、f1(x1,x2,x3)和f1(x1,x2,x3)为未知量；
使用原系统的输入量对原系统状态量做如式(2)的估计
Figure FDA0003707276180000012
其中
Figure FDA0003707276180000013
为原系统状态量x2,x3的估计项；
估计方程式(2)和原系统方程式构造如式(3)的系统
Figure FDA0003707276180000014
x1,
Figure FDA0003707276180000015
为辅助系统状态量，d1为原系统干扰量，整合复合干扰项，得到最终的辅助系统，如公式(4)所示：
Figure FDA0003707276180000021
Figure FDA0003707276180000022
D为复合干扰项；
把复合未知量放在辅助系统的单一通道中，并保证通道其他量已知，使得该通道可以直接进行干扰观测器设计，拆开观测死循环。
CN202110135302.XA 2021-02-01 2021-02-01 一种解决飞行器控制系统中观测死循环问题的方法 Active CN112947366B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110135302.XA CN112947366B (zh) 2021-02-01 2021-02-01 一种解决飞行器控制系统中观测死循环问题的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110135302.XA CN112947366B (zh) 2021-02-01 2021-02-01 一种解决飞行器控制系统中观测死循环问题的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112947366A CN112947366A (zh) 2021-06-11
CN112947366B true CN112947366B (zh) 2022-09-23

Family

ID=76240520

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110135302.XA Active CN112947366B (zh) 2021-02-01 2021-02-01 一种解决飞行器控制系统中观测死循环问题的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112947366B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006000943A1 (de) * 2006-01-07 2007-07-26 Deutsche Telekom Ag HiL-System und -Verfahren zum Testen von Steuergeräten eines Steuersystems
EP2156256A2 (en) * 2007-04-05 2010-02-24 Bombardier Inc. Multi-axis serially redundant, single channel, multi-path fly-by-wire flight control system
CN102854874A (zh) * 2012-06-18 2013-01-02 南京航空航天大学 一种基于联合多观测器的故障诊断与容错控制装置及方法
CN103365296A (zh) * 2013-06-29 2013-10-23 天津大学 一种四旋翼无人飞行器非线性输出反馈飞行控制方法
CN104020774A (zh) * 2014-06-19 2014-09-03 金陵科技学院 基于动态控制重新分配的飞行器姿态容错控制方法
CN106547207A (zh) * 2016-10-13 2017-03-29 浙江理工大学 一种非线性多输入多输出系统混合式观测器构建方法
CN107942651A (zh) * 2017-10-20 2018-04-20 南京航空航天大学 一种近空间飞行器控制系统
CN110320925A (zh) * 2019-04-18 2019-10-11 南京航空航天大学 基于高阶干扰观测器的四旋翼飞行器安全控制方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006000943A1 (de) * 2006-01-07 2007-07-26 Deutsche Telekom Ag HiL-System und -Verfahren zum Testen von Steuergeräten eines Steuersystems
EP2156256A2 (en) * 2007-04-05 2010-02-24 Bombardier Inc. Multi-axis serially redundant, single channel, multi-path fly-by-wire flight control system
CN102854874A (zh) * 2012-06-18 2013-01-02 南京航空航天大学 一种基于联合多观测器的故障诊断与容错控制装置及方法
CN103365296A (zh) * 2013-06-29 2013-10-23 天津大学 一种四旋翼无人飞行器非线性输出反馈飞行控制方法
CN104020774A (zh) * 2014-06-19 2014-09-03 金陵科技学院 基于动态控制重新分配的飞行器姿态容错控制方法
CN106547207A (zh) * 2016-10-13 2017-03-29 浙江理工大学 一种非线性多输入多输出系统混合式观测器构建方法
CN107942651A (zh) * 2017-10-20 2018-04-20 南京航空航天大学 一种近空间飞行器控制系统
CN110320925A (zh) * 2019-04-18 2019-10-11 南京航空航天大学 基于高阶干扰观测器的四旋翼飞行器安全控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"基于观测器的飞行器时变控制效益估计算法";池沛 等;《控制与决策》;20081031;第1186-1191页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112947366A (zh) 2021-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Global robust output regulation of output feedback systems with unknown high-frequency gain sign
Chang Applying discrete-time proportional integral observers for state and disturbance estimations
Guo et al. On convergence of tracking differentiator
Ahmed-Ali et al. Global exponential sampled-data observers for nonlinear systems with delayed measurements
Kreindler Additional necessary conditions for optimal control with state-variable inequality constraints
Zhang et al. New results on $ H_ {\infty} $ filtering for fuzzy time-delay systems
Silm et al. A note on distributed finite-time observers
Miller et al. Kalman filtering for linear systems with coefficients driven by a hidden Markov jump process
Liu et al. Stability theory of hybrid dynamical systems with time delay
Zhang et al. New LMI Approach to Fuzzy $ H_ {\infty} $ Filter Designs
Behling et al. The effect of calmness on the solution set of systems of nonlinear equations
CN112947366B (zh) 一种解决飞行器控制系统中观测死循环问题的方法
WO2016187739A1 (zh) 一种反馈不同的便于终极边界估计的Lorenz型超混沌系统构建方法及电路
CN116880162A (zh) 一种考虑油泵动态特性的航空发动机抗扰控制系统及方法
Chen et al. New stability criteria for linear impulsive systems with interval impulse-delay
CN109557817A (zh) 一种改进的全局滑模控制方法
CN111142503A (zh) 一种基于迭代学习观测器的故障诊断方法及诊断系统
CN113031431A (zh) 广义系统下事件触发的网络化t-s模糊h∞控制方法
Moiseev et al. Classical and generalized solutions of problems for the telegraph equation with a Dirac potential
CN100435109C (zh) 数字式温度感测系统
Zhang A regularity criterion for the Navier-Stokes equations via two entries of the velocity Hessian tensor
Koley et al. Finite difference schemes for the symmetric Keyfitz–Kranzer system
Wang et al. A distributed finite‐time optimization algorithm for directed networks of continuous‐time agents
Fujita et al. Error analysis of optimal filtering algorithm for colored noise
Gao et al. Simultaneous estimation of unknown input and state for measurement delay systems based on Kalman filter

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant