小型无人直升机故障估计与容错控制

doi:10.7527/S1000-6893.2024.30802

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小型无人直升机故障估计与容错控制

张晓龙¹, 李荣¹^,²(), 阎高伟¹, 肖舒怡¹, 李国强²

^1.太原理工大学电气与动力工程学院，太原 030024
^2.中国辐射防护研究院，太原 030006

收稿日期:2024-06-06 修回日期:2024-06-24 接受日期:2024-07-29 出版日期:2024-08-21 发布日期:2024-08-21
通讯作者: 李荣 E-mail:lirong@tyut.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(62003233);山西省应用基础研究计划(201901D2110831);山西省科技重大专项计划“揭榜挂帅”项目(202201090301013);国网山西省电力公司科技项目(5205M0230007)

Fault estimation and fault tolerant control for small unmanned helicopters

Xiaolong ZHANG¹, Rong LI¹^,²(), Gaowei YAN¹, Shuyi XIAO¹, Guoqing LI²

^1.College of Electrical and Power Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China
^2.China Institute for Radiation Protection，Taiyuan 030006，China

Received:2024-06-06 Revised:2024-06-24 Accepted:2024-07-29 Online:2024-08-21 Published:2024-08-21
Contact: Rong LI E-mail:lirong@tyut.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(62003233);Shanxi Provincial Basic Research Program(201901D2110831);Shanxi Province Selects the Best Candidates to Undertake Major Science and Technology Research Project(202201090301013);State Grid Shanxi Electric Power Company Technology Project(5205M0230007)

摘要/Abstract

摘要：

针对小型无人直升机发生故障时导致周期变距响应不足的问题，设计了一种基于滑模观测器的滑模容错控制方法。首先，设计具有规定性能指标的滑模观测器来估计无人直升机纵向横向系统的状态信息，并利用等效输出误差注入原理获取周期变距故障的具体信息。然后，基于周期变距故障信息设计了滑模容错控制器来保证系统的跟踪性能。最后，通过数值仿真验证了基于滑模观测器的滑模容错控制方案的有效性。仿真结果表明，设计的滑模容错控制器能够保证在外部扰动和周期变距故障综合作用下的无人直升机纵向横向系统的跟踪控制性能。

关键词: 小型无人直升机, 故障估计, 滑模观测器, 容错控制, 滑模控制

Abstract:

Faults in small unmanned helicopters will cause insufficient cyclic pitch response. To address this problem， a sliding mode fault-tolerant control method based on the sliding mode observer is designed.First， a sliding mode observer with the specified performance index is designed to estimate the state information of the longitudinal and lateral systems of the unmanned helicopter， and the equivalent output error injection principle is utilized to obtain the specific information of the cyclic pitch fault. Then， a sliding mode fault-tolerant controller is designed based on the cyclic pitch fault information to ensure the tracking performance of the system. Finally， the effectiveness of the sliding mode fault-tolerant control scheme based on the sliding mode observer is verified by numerical simulation. The simulation results show that the designed sliding mode fault-tolerant controller can guarantee the tracking control performance of longitudinal and lateral systems of the unmanned helicopter under the combined effect of external perturbations and cyclic pitch faults.

Key words: small unmanned helicopter, fault estimation, sliding mode observer, tolerant control, sliding mode control

中图分类号:

V249.1

张晓龙, 李荣, 阎高伟, 肖舒怡, 李国强. 小型无人直升机故障估计与容错控制[J]. 航空学报, 2024, 45(S1): 730802.

Xiaolong ZHANG, Rong LI, Gaowei YAN, Shuyi XIAO, Guoqing LI. Fault estimation and fault tolerant control for small unmanned helicopters[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(S1): 730802.

图/表 7

表 1

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参考文献 42

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参数	数值	参数	数值
g/（m·s $- 2$ ）	$9.389$	$X u$	$- 0.039 96$
$X a$	$- 9.389$	$Y v$	$- 0.059 89$
$Y b$	$9.389$	$M u$	$0.254 2$
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$B l o n$	$- 0.01$ 0 17	$B l a t$	$4.085$

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