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左来锋,姚利娜.基于未知输入观测器的四旋翼无人机故障诊断与模型参考容错控制[J].南京航空航天大学学报,2020,52(6):889-896
基于未知输入观测器的四旋翼无人机故障诊断与模型参考容错控制
Unknown Input Observer Based Fault Diagnosis and Model Reference Fault Tolerant Control for Quadrotor UAVs
投稿时间:2019-06-02  修订日期:2019-12-03
DOI:10.16356/j.1005-2615.2020.06.007
中文关键词:  故障诊断  四旋翼无人机  未知输入观测器  模型参考容错控制
英文关键词:fault diagnosis  quadrotor unmanned aerial vehicle (UAV)  unknown input observer  model reference fault tolerant control
基金项目:国家自然科学基金面上(61973278, 61374128)资助项目;2021年度河南省高等学校重点科研项目计划基础研究专项(21ZX007)资助项目。
作者单位邮编
左来锋 郑州大学电气工程学院郑州450001 450001
姚利娜 郑州大学电气工程学院郑州450001 450001
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中文摘要:
      对四旋翼无人机(Unmanned aerial vehicle, UAV)姿态控制系统的执行器故障诊断问题进行了研究,在系统模型方面全面地考虑了模型的非线性和四旋翼无人机在飞行过程中受到外部干扰的情况。由于未知输入观测器可以将干扰、误差等作为未知输入进行处理,对干扰不敏感而对故障比较敏感,故设计了一种新的未知输入观测器进行故障诊断。同时为了保持四旋翼无人机在故障发生后的稳定性或者仍然可以按照预定轨迹运动,在得到准确的故障估计后为四旋翼无人机姿态控制系统设计了模型参考容错控制器,使其可以跟踪给定的参考模型。仿真结果证明了本文提出的故障诊断与容错控制方法的有效性。
英文摘要:
      The problem of actuator fault diagnosis of the quadrotor unmanned aerial vehicle (UAV) attitude control system is studied, in which the nonlinearity of the model and the external disturbance during the flight of the quadrotor UAVs are both considered. Thus disturbance and error can be handled as unknown inputs into unknown input observer, which is insentitive to unknown inputs but sentitive to faults. A new kind of unknown input observer is designed for fault diagnosis. At the same time, in order to maintain the stability of the quadrotor UAV after the failure occurs or still move according to the predetermined trajectory, we design a model reference fault-tolerant controller for the attitude control system of the quadrotor UAV after obtaining the accurate fault estimation, so that it can follow the expected trajectory. Finally, the simulation results validate the proposed fault diagnosis and fault-tolerant control method.
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