基于解析重構(gòu)信號(hào)的飛控系統(tǒng)傳感器混合余度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及飛行器控制技術(shù)領(lǐng)域,特別提供一種采用解析重構(gòu)技術(shù)識(shí)別角速率傳 感器故障及重構(gòu)角速率信號(hào)的方法。具體地說(shuō),是指一種基于解析重構(gòu)信號(hào)的飛控系統(tǒng)傳 感器混合余度方法,是將解析重構(gòu)信號(hào)與硬件余度系統(tǒng)組成為混合余度系統(tǒng)以提高傳感器 系統(tǒng)可靠性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了提高飛行器測(cè)量系統(tǒng)的可靠性,現(xiàn)代飛行器的測(cè)量系統(tǒng)通常采用具有相同功 能的多余度傳感器用以測(cè)量同一被測(cè)量量。即在某一通道發(fā)生了測(cè)量故障后,余下通道的 測(cè)量信號(hào)仍能正常工作,確保系統(tǒng)有可以使用的有效信號(hào)為飛行控制系統(tǒng)提供用以控制律 解算的測(cè)量信號(hào),保證飛行器的飛行性能或任務(wù)執(zhí)行力基本不變(或在一定程度上有所降 低,但可接受)。
[0003] 當(dāng)前采用多硬件通道構(gòu)成余度系統(tǒng)時(shí),為了避免相同的硬件和軟件造成的共點(diǎn)故 障,余度系統(tǒng)往往使用完全不同的硬件和軟件組成非相似余度。但無(wú)論是相似余度還是非 相似余度,這種多套硬余度有一個(gè)本質(zhì)弱點(diǎn),即其基本平均無(wú)故障時(shí)間會(huì)隨著硬件余度的 增加而成倍下降。
[0004] 解析余度不需要增加硬件而是用解析的方法為飛行器傳感器提供余度。通常使用 現(xiàn)代控制理論中的最優(yōu)估計(jì)或人工智能的方法將傳感器的測(cè)量值估計(jì)出來(lái)。當(dāng)某個(gè)傳感器 發(fā)生故障后,就用這個(gè)估計(jì)值代替測(cè)量值,使飛行控制律能夠正常解算,以保證飛行器的安 全飛行和任務(wù)可靠執(zhí)行。
[0005] 目前飛行器控制系統(tǒng)中直接參與控制律解算的傳感器通常采用硬件三余度或四 余度結(jié)構(gòu)。當(dāng)某一通道傳感器發(fā)生故障時(shí),對(duì)于三余度或四余度傳感器系統(tǒng),監(jiān)控表決器通 過(guò)少數(shù)服從多數(shù)原則,判斷故障通道,從而可以進(jìn)一步隔離故障通道,此時(shí)原設(shè)計(jì)余度系統(tǒng) 余度等級(jí)降低。
[0006] 對(duì)于三余度監(jiān)控表決系統(tǒng),當(dāng)出現(xiàn)一次故障時(shí),降為雙余度,如果再發(fā)生一次故 障,則出現(xiàn)1:1的情況,此時(shí)監(jiān)控表決系統(tǒng)無(wú)法判斷故障通道,飛控系統(tǒng)會(huì)切斷所有通道, 控制律失效,如圖1。因此,三余度監(jiān)控表決系統(tǒng)實(shí)際上只能實(shí)現(xiàn)一次故障/工作等級(jí)。對(duì) 于四余度系統(tǒng),如果是故障單獨(dú)出現(xiàn),可以實(shí)現(xiàn)二次故障/工作等級(jí);而如果是兩個(gè)通道同 時(shí)故障,即出現(xiàn)2:2情況,監(jiān)控表決系統(tǒng)無(wú)法判斷故障通道,飛控系統(tǒng)會(huì)切斷所有通道,控 制律失效。因此,四余度系統(tǒng)實(shí)際上只能實(shí)現(xiàn)二次故障/工作等級(jí)或無(wú)故障/工作等級(jí)。由 此可知,單純硬件余度系統(tǒng)的故障/工作等級(jí)實(shí)際上是比較低的。
[0007] 采用進(jìn)一步增加傳感器硬件余度的方法可以提高傳感器測(cè)量的可靠性,但這也直 接帶來(lái)一些不可忽視的缺點(diǎn):
[0008] 1.增加了飛控系統(tǒng)和表決監(jiān)控系統(tǒng)的復(fù)雜性;
[0009] 2.增加傳感器硬件余度降低了飛控系統(tǒng)的平均無(wú)故障時(shí)間,并使得系統(tǒng)加工、裝 配、生產(chǎn)、維護(hù)的工作難度和工件量大大增加;
[0010] 3.增加了飛機(jī)的起飛重量和開(kāi)發(fā)成本。
[0011] 因而,在這種情況下,如果有一個(gè)不增加飛行器開(kāi)發(fā)費(fèi)用、不增加飛行器后期維護(hù) 難度的解析余度信號(hào)作為傳感器系統(tǒng)的備份信號(hào),在傳感器出現(xiàn)上述故障或在傳感器監(jiān)控 表決系統(tǒng)出現(xiàn)1:1或2:2的狀態(tài)下,這個(gè)備份信號(hào)能夠?yàn)轱w行控制系統(tǒng)提供控制律解算所 需要的關(guān)鍵傳感器信息,保證解算出的控制律具有較高的準(zhǔn)確性和可行性,從而使得飛行 器能夠安全飛行且具有一定程度的任務(wù)執(zhí)行力。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012] 本發(fā)明提出一種基于解析重構(gòu)信號(hào)的飛控系統(tǒng)傳感器混合余度方法,所述的混合 余度方法設(shè)計(jì)了解析重構(gòu)信號(hào),在當(dāng)前傳感器系統(tǒng)正常工作情況下,解析重構(gòu)信號(hào)僅作為 熱備份信號(hào),不參與監(jiān)控表決系統(tǒng)的表決策略;一旦出現(xiàn)監(jiān)控表決系統(tǒng)的表決結(jié)果異常時(shí), 啟動(dòng)熱備份信號(hào)參與表決,監(jiān)控表決系統(tǒng)將各個(gè)傳感器測(cè)量值與這個(gè)解析重構(gòu)信號(hào)進(jìn)行比 較,并給出正確的測(cè)量值輸出。這樣,當(dāng)硬件傳感器余度系統(tǒng)出現(xiàn)1:1或2:2情況時(shí)可以利 用解析重構(gòu)信號(hào)協(xié)助判斷和隔離故障傳感器通道,在硬件傳感器余度系統(tǒng)全部故障時(shí)可以 提供一個(gè)近似正確的傳感器信號(hào)用于控制律解算,仍可以保證飛行器安全飛行。本發(fā)明提 供的混合余度方法可以使三余度或四余度系統(tǒng)都提高兩個(gè)故障/工作等級(jí)。
[0013] 本發(fā)明提供的所述的混合余度方法包括如下步驟:
[0014] 第一步,采集三余度傳感器系統(tǒng)的測(cè)量值。
[0015] 每個(gè)傳感器的測(cè)量值分別記為WX3,通過(guò)監(jiān)控表決系統(tǒng),分為如下幾種情況進(jìn) 行表決:
[0016](I)IX1-X2I<e,IX1-X3I<e,Ix2-X3I<e,同時(shí)成立,轉(zhuǎn)第二步;
[0017](2) |X「X2|彡e,|X「X3|彡e,IX2-X3I<e,測(cè)量值為X1的第一傳感器為故障 傳感器;出現(xiàn)一次傳感器故障,轉(zhuǎn)第三步;
[0018](3)IX1-X2I彡e,IX1-X3I<e,Ix2-X3I彡e,測(cè)量值為X2的第二傳感器為故障 傳感器;出現(xiàn)一次傳感器故障,轉(zhuǎn)第三步;
[0019](4)IX1-X2I<e,IX1-X3I彡e,Ix2-X3I彡e,測(cè)量值為X3的第三傳感器為故障 傳感器;出現(xiàn)一次傳感器故障,轉(zhuǎn)第三步;
[0020] 如果上述四種情況均不滿足,轉(zhuǎn)第四步;
[0021] 其中,e為傳感器容許閾值。
[0022] 第二步,監(jiān)控表決系統(tǒng)輸出三個(gè)測(cè)量值的中間值作為表決結(jié)果,傳感器狀態(tài)為無(wú) 故障傳感器;
[0023] 第三步,在當(dāng)前傳感器系統(tǒng)發(fā)生一次傳感器故障后,監(jiān)控表決系統(tǒng)對(duì)故障傳感器 的故障通道進(jìn)行隔離,解析重構(gòu)信號(hào)與剩余通道信號(hào)組成混合三余度系統(tǒng);
[0024] 假設(shè)測(cè)量值為X3的第三傳感器為故障傳感器(即第(4)中情況),故障通道隔離 后,監(jiān)控表決系統(tǒng)出現(xiàn)1:1的表決結(jié)果,因此此時(shí)需要引入第三個(gè)值即解析重構(gòu)信號(hào)X3', 參與到監(jiān)控表決系統(tǒng),具體表決過(guò)程為:
[0025] 解析重構(gòu)信號(hào)X3'與兩個(gè)正常的傳感器的測(cè)量值XJPX2組成混合三余度系統(tǒng),分 如下幾種情況進(jìn)行表決:
[0026] (a)IX1-X3/I<e且IX2-X3'I<e,則認(rèn)為無(wú)故障傳感器,監(jiān)控表決系統(tǒng)輸出 X3'、XpX2中的中間值;
[0027] (b)IX1-X3/I彡£且IX2-X3'I<e,測(cè)量值為&的第一傳感器為故障傳感器, 即出現(xiàn)二次傳感器故障,監(jiān)控表決系統(tǒng)輸出第二傳感器的測(cè)量值X2;
[0028] (c)IX1-X3'I< £且IX2-X3'I彡e,測(cè)量值為&的第二傳感器為故障傳感器, 即出現(xiàn)二次傳感器故障,監(jiān)控表決系統(tǒng)輸出第一傳感器的測(cè)量值X1;
[0029] 如果上述三種情況均不滿足,則轉(zhuǎn)第四步;
[0030] 第四步,三個(gè)傳感器均為故障傳感器,輸出解析重構(gòu)信號(hào)X3'。
[0031] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0032] 本發(fā)明所述的采用解析余度處理飛控系統(tǒng)傳感器故障的方法,提高了單純依賴硬 件余度處理傳感器故障的能力,提高了傳感器系統(tǒng)的余度等級(jí)和故障/工作水平。本方法 在提高余度等級(jí)的同時(shí)沒(méi)有改變傳感器余度系統(tǒng)的平均無(wú)故障時(shí)間,由于采用解析余度, 后期的硬件維護(hù)難度也大大降低,如果可以保證解析信號(hào)的正確性,還可以適當(dāng)降低傳感 器系統(tǒng)的硬件余度配置。
【附圖說(shuō)明】
[0033] 圖1當(dāng)前主流三余度監(jiān)控表決系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理框圖;
[0034] 圖2為本發(fā)明提供的基于解析重構(gòu)信號(hào)的飛控系統(tǒng)傳感器混合余度方法原理框 圖;
[0035] 圖3為本發(fā)明中混合余度算法流程圖;
[0036] 圖3a為本發(fā)明中混合余度方法中三余度傳感器系統(tǒng)無(wú)故障及發(fā)生一次故障時(shí)的 表決算法流程圖;
[0037] 圖3b為本發(fā)明中三余度傳感器系統(tǒng)一次故障后與解析重構(gòu)信號(hào)組成混合三余度 系統(tǒng)的表決算法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。
[0039] 本發(fā)明提供了一種基于解析重構(gòu)信號(hào)的飛控系統(tǒng)傳感器混合余度方法,如圖2和 圖3所示,當(dāng)傳感器系統(tǒng)無(wú)故障傳感器時(shí),直接通過(guò)監(jiān)控表決系統(tǒng)(包括比較器和表決器) 輸出傳感器狀態(tài)和表決結(jié)果;對(duì)于三余度傳感器系統(tǒng),當(dāng)出現(xiàn)一次傳感器故障,監(jiān)控表決系 統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器故障隔離,當(dāng)三余度傳感器發(fā)生二次故障時(shí),監(jiān)控表決系統(tǒng)的表決結(jié) 果為1:1,此時(shí)僅僅通過(guò)原有的監(jiān)控表決系統(tǒng)不能識(shí)別出故障傳感器,因此采用本發(fā)明提供 的混合余度方法,利用解析重構(gòu)信號(hào),組成三余度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)表決結(jié)果和傳感器狀態(tài)的輸出; 當(dāng)四余度傳感器系統(tǒng)出現(xiàn)2:2的表決結(jié)果時(shí),也要采用本發(fā)明提供的混合余度方法提供解 析重構(gòu)信號(hào)輔助表決結(jié)果。下面以三余度傳感器系統(tǒng)為例詳細(xì)給出本發(fā)明提供的混合余度 方法,