飛行控制系統重構控制技術分析

鐘聲

近年來，我國空中交通日益繁忙，對飛行的安全性和可靠性要求也是越來越高，可重構飛行控制技術能有效減小對飛控系統硬件余度的要求條件，運用剩余的有效控制機構可以彌補故障與損傷造成飛行器動態屬性的改變，讓飛行器在發生較大故障與戰斗損傷（如舵面、翼面結構損壞等）的狀況環境下，還可以讓飛機的性能保持在一個最佳狀態，讓飛行駕駛員可以繼續完成任務或者安全返航。

隨著科技的不斷進步，飛機設計也變得更加的復雜，并朝著多操縱面的方向發展。多操縱控制面越來越多，更好的滿足了飛行控制系統的重構條件。飛行控制系統重構控制技術的研究源于保障飛行安全性的考慮，也就是在故障出現或者遭受意外損傷的狀況下，利用主動容錯控制技術，對飛機發生的故障及損傷進行檢測和辨識的基礎上，有效的運用控制系統的功能冗余來給予飛行控制律的重構，使飛行器可以適應故障或者特殊任務環境，確保飛行的安全性與可靠性。近年來，我國空中交通日益繁忙，對飛行的安全性和可靠性要求也是越來越高，可重構飛行控制技術能有效減小對飛控系統硬件余度的要求條件，運用剩余的有效控制機構可以彌補故障與損傷造成飛行器動態屬性的改變，讓飛行器在發生較大故障與戰斗損傷（如舵面、翼面結構損壞等）的狀況環境下，還可以讓飛機的性能保持在一個最佳狀態，讓飛行駕駛員可以繼續完成任務或者安全返航。其研究對于飛行控制系統重構控制技術具有重要的價值。

一、飛行控制系統重構控制技術研究動態

重構控制概念提出最早的是美國國家航空宇航局（National Aeronautics andSpace Administration）縮寫：NASA，早前的重構飛行控制技術研究范圍比較狹小，重點是對飛機線性化模型在小擾動環境下的重構控制規律的設計分析。直到1989年，美國俄克拉馬州立大學的Napolitano等學者通過長期的研究分析，提出了飛機控制的重構措施，以此生成飛行控制的重構算法。當前，飛控系統重構技術的研究有了突飛猛進的態勢，如：根據飛機具有強耦合性、非線性和時變性等方面特征的龐大系統，飛控重構技術的研究中心在于不斷提高飛控系統的自適應能力，也就是飛控重構技術的智能化。在將來，對于飛控系統重構技術的研究，將會不斷去完備現有的重構控制算法與增益調節控制律的聚集，更好的讓飛控重構技術具有運用潛力與適應靈活性。下面將對當前最熱門的飛控系統重構方法進行探討，包括關于故障信息進行重構設計的方法與不需要故障信息的方法。

二、飛行控制系統重構控制的方法

1、關于故障信息進行重構設計的方法。關于故障信息進行重構設計的方法主要包括偽逆法和多模型自適應法等。一是偽逆法。在飛行控制系統重構控制中偽逆法是一類非常常用的重構控制方法，偽逆法具有算法單一，實現簡便，使得在理論研究與飛行驗證中被大量的運用。偽逆法（P IM：Pseud021nverse M ethod）主要是通過改變反饋增益來實現故障系統重構的的一種控制方法。也就是在原系統的輸入陣前乘以一個偽逆陣，所以也叫做偽逆法。運用偽逆法，主要是當針飛控系統操縱面損壞故障，也就是利用飛機飛行的故障信息動態篡改系統的反饋控制增益，使得系統在故障信息重構后達到以接近正常狀況下的性能給予飛行控制。偽逆法雖然是一種簡單有效的重構控制方法，但是優點也非常明顯，就是在重構方案中無需改變已有的飛行控制律，只要在控制律與作動器中增加一個“控制混合器”?？刂苹旌掀魇且呀涬x線設計好的，在飛機飛行中，能夠根據各種故障狀況切換到各種工作模式。

二是多模型自適應法，多模型自適應法是對飛行器執行機構受損或者失效狀況下，飛行控制規律重構的一種技術方案。多模型自適應法是以一個有限集為假設前提，在這個有限集里面可以全方位描述飛行控制系統會發生的各類損傷問題，同時在飛機飛行控制系統里面構建多個損傷辨識模型和相對應的控制器，而且這些控制器可以確保相應的辨識模型范圍內完全大的集合內魯棒，這樣就能使得集合之間可以彼交迭，才能夠確保重構控制設計解的存在。多模型自適應法是對整個飛行控制重構系統里面可能發生的損傷模型構建起相應的觀測器，觀測器會跟飛行器并行運動，并且實時的探尋最接近當前實際情況的模型，并轉換到相符合的控制器，達到適應不同類型的故障環境問題。利用多模型自適應法，存在的問題就是飛行控制系統的整體魯棒性很難評定。

2、不需要故障信息的方法。飛行控制系統重構控制中不需要故障信息的方法主要包括了直接自適應法、基于神經網絡自適應重構控制方法等。接下來我將對：直接自適應法和基于神經網絡自適應重構控制方法進行分析。一是直接自適應法。直接自適應法具有不需要知道故障的信息，只需要故障后的飛機滿足系統正實性的條件，以此運用自適應調節機制，實現故障飛機跟隨參考模型的輸出，就能夠重構系統穩定。自適應控制方法具有有效性，需要在特定的限制條件下進行。二是基于神經網絡自適應重構控制方法?；谏窠浘W絡自適應重構控制方法具有一個非常明顯的特征，就是無需事先知道故障的位置與大小，也沒有對系統參數辨識的必要。作為以非線性飛行控制系統為研究對象的神經網絡自適應重構控制方法就可以對飛行控制系統在故障狀態下實現精準跟蹤參考模型的輸出。但是該方法有明顯的優點，也同時有一個非常大的缺點，無法確保和評估重構控制律后控制系統的穩定性與收斂性。同時對神經網絡的學習速度也需要一定的時間。