一种基于干扰观测器的平流层飞艇故障诊断方法

本发明属于飞行器，特别涉及一种基于干扰观测器的平流层飞艇故障诊断方法。

背景技术：

1、在航空航天领域，平流层飞艇是一种具有潜在应用前景的飞行器类型。平流层飞艇可以在平流层大气层中进行长时间的飞行，并且具有广泛的应用场景，如气象探测、科学研究、通信中继和监测等。然而，由于平流层环境复杂、大气动力学效应显著，以及飞行器本身特殊的设计和性能要求，平流层飞艇的设计和运行面临诸多挑战。

2、在平流层飞艇的设计和运行过程中，外部干扰和系统故障会对飞行器的稳定性和安全性产生负面影响。外部干扰可能包括大气扰动、风速变化、气流涡旋等因素，而系统故障可能涉及飞行控制系统、动力系统、传感器系统等。因此，为了确保平流层飞艇在各种环境条件下的安全飞行，需要有效的干扰辨识和故障诊断方法，以及相应的控制和修正措施。

3、中国专利申请cn113495550a（一种基于黎曼度量的航天器故障检测方法）公开了一种基于黎曼度量的航天器故障检测方法，通过收集无故障状态下的离线过程数据建立正定矩阵，计算该矩阵的黎曼中心，再将在线样本值的性能指标与计算出的阈值进行比对以检测故障。这是一种数据驱动的方法，通过使用黎曼中心的概念有效地处理不确定性，涵盖批数据矩阵内的均值、协方差和不确定信息，其缺乏针对特定航空系统的直接应用，或考虑影响此类飞行器的动态环境条件。

4、中国专利申请cn115437359a（一种面向传感器故障的飞机容错控制方法、系统及装置）公开了一种针对飞机传感器故障的容错控制方法、系统及装置。该技术通过处理飞机的物理模型以构建状态空间模型，进而解耦以获取故障项子系统。通过对故障项子系统进行故障诊断并采用容错控制机制对故障数据进行修正，最终修正飞机舵面的偏转度以实现故障修正。这一方法保障了在传感器出现故障时飞机的飞行安全。但其仅侧重于传感器故障的检测与修正，而非广泛地应对各种干扰和系统故障。此外，其需要更多的先验信息来建立状态空间模型和解耦，这在某些情况下限制了其应用的灵活性和普遍性。

技术实现思路

1、针对现有技术中的不足，本发明提出了一种基于干扰观测器的平流层飞艇故障诊断方法。首先，建立平流层飞艇的非线性动力学模型，为故障诊断提供基础。然后，设计一个高效的干扰观测器，以精确估计并消除飞行过程中可能遇到的外部干扰。最后，基于干扰观测器的输出，设计故障诊断器，实现对平流层飞艇多重执行器故障的快速、准确诊断。本发明能够提高平流层飞艇在复杂环境下的故障诊断能力，确保飞行安全。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于干扰观测器的平流层飞艇故障诊断方法，包括以下步骤：

4、第一步、建立平流层飞艇的非线性动力学模型，为故障诊断提供基础；

5、第二步、设计干扰观测器，以精确估计并消除飞行过程中可能遇到的外部干扰；

6、第三步、基于干扰观测器的输出，设计故障诊断器，实现对平流层飞艇多重执行器故障的快速、准确诊断。

7、本发明与现有技术相比的与有益效果在于：

8、（1）本发明公开的方法能够在复杂的平流层环境中，准确识别和拒绝来自外部的干扰，保证了故障诊断的高准确性和高可靠性。

9、（2）本发明公开的方法通过自适应调整观测器参数，实现对平流层飞艇不同故障模式的快速响应和诊断，大大提高了飞艇在面对故障时的安全性和稳定性。

技术特征：

1.一种基于干扰观测器的平流层飞艇故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于干扰观测器的平流层飞艇故障诊断方法，其特征在于，所述第一步包括：

3.根据权利要求2所述的一种基于干扰观测器的平流层飞艇故障诊断方法，其特征在于，所述第二步包括：

4.根据权利要求3所述的一种基于干扰观测器的平流层飞艇故障诊断方法，其特征在于，所述第三步包括：

技术总结本发明公开了一种基于干扰观测器的平流层飞艇故障诊断方法。该方法基于干扰观测器，旨在非线性系统中同时处理外部干扰和系统故障。通过构建一个复合观测器，结合故障诊断器和干扰观测器，实现了故障的准确估计与干扰的有效排除。本发明适用于复杂环境下的平流层飞艇，能够提高其自主飞行中的稳定性和安全性，其优势在于能够在存在未知干扰的条件下，高效地估计故障，提高了故障诊断的准确性和系统的鲁棒性。技术研发人员：余翔,赵睿,王俊鸿,郭雷受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18