傳感器作為無人機的眼睛,為無人機飛行控制系統(tǒng)提供全面、可靠、精確的數(shù)據(jù)信息。當傳感器出現(xiàn)故障之后,無人機將無法保證正確的飛行軌跡和姿態(tài),所以無人機傳感器的故障診斷與容錯控制技術成為了其安全飛行的重要保證。本文在利用NAGA-BP網絡建立無人機姿態(tài)傳感器觀測器模型的基礎上,對傳感器的故障診斷和容錯控制技術展開了研究。文章的主要工作如下:（1）介紹了小型固定翼UAV的姿態(tài)控制系統(tǒng)以及傳感器的故障類型。通過對UAV飛行姿態(tài)控制系統(tǒng)的介紹,論述了陀螺儀和加速度計在姿態(tài)控制過程中的重要作用。之后分析了MEMS三軸加速度計和陀螺儀的工作原理以及常見故障類型,并對兩種傳感器常見的故障進行了分類,為接下來對姿態(tài)傳感器的故障診斷研究打下了基礎。（2）針對非線性系統(tǒng)故障,設計了基于NAGA-BP網絡觀測器的故障診斷系統(tǒng)。因為傳統(tǒng)遺傳算法存在訓練后期效果不明顯的問題,對BP神經網絡優(yōu)化效果不夠明顯,所以改進了遺傳算法交叉、變異函數(shù)和選擇機制,利用改進遺傳算法對神經網絡初始權值和閾值進行優(yōu)化,避免了局部最優(yōu)的問題,提高了網絡的收斂速度。同時利用NAGA-BP網絡建立了姿態(tài)傳感器的觀測器模型,用于傳感器的故障診... 

【文章來源】：蘭州理工大學甘肅省

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

固定翼、多旋翼無人機和無人直升機

繅礱�、舵面、�?淼茸爸茫壞繾涌刂葡低嘲?ㄎ⑿涂刂破鰲?通信設備和傳感器等裝置[4]。UAV飛行過程中，地面站通過通信設備向其發(fā)送飛行指令，機載控制系統(tǒng)根據(jù)指令控制執(zhí)行裝置調整飛機飛行狀態(tài)。為了確保飛行狀態(tài)的準確性，需要多種傳感器對飛行狀態(tài)進行檢測，這些傳感器檢測飛機的飛行方向、偏轉角度，以達到對UAV飛行路線的精確控制[5]。復雜的飛行控制系統(tǒng)在使用過程中無法保證其有效性和安全性，尤其各種高精度傳感器的反饋參數(shù)，這也就導致UAV在飛行過程中容易產生失控現(xiàn)象，造成巨大的經濟損失[6]。UAV飛控系統(tǒng)結構如圖1.2所示。圖1.2無人機飛行控制系統(tǒng)結構圖相比于傳統(tǒng)的有人駕駛飛機來說，UAV具有諸多的優(yōu)勢，但是如果UAV系統(tǒng)故障得不到很好的解決，其發(fā)展前景將會受到巨大的限制。傳感器作為UAV飛行過程中感知自身變化的主要元器件，對UAV控制系統(tǒng)的反饋控制有著重要的作用，但傳感器在使用過程中會受到多種因素的干擾，造成傳感器反饋數(shù)據(jù)異常，如內部電磁環(huán)境、外界雷電、風雨等因素[7]，使得整個反饋控制系統(tǒng)成為UAV系統(tǒng)中最為脆弱的一環(huán)。為了能夠進一步提高UAV飛行系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證其飛行的安全性，許多專家學者針對無人機的故障診斷與容錯控制展開了研究。利用故障診斷系統(tǒng)對飛行過程中的相關問題進行準確的識別和判斷，實現(xiàn)精準的故障隔離，同時為了保證UAV能夠在短時間內繼續(xù)飛行或者尋求其他途徑規(guī)避風險，還要進行相應的容錯控制研究，以提高UAV飛行過程的容錯能力[8]。通過對相關資料的研究發(fā)現(xiàn)，在UAV執(zhí)行器故障方面已經有了較為成熟的研究成果，但是在UAV傳感器故障，尤其是姿態(tài)傳感器故障診斷的研究還存在許多需要深入研究的內容。所以針對UAV姿態(tài)傳感器故障診斷和容錯控制的研究將會對UAV飛行穩(wěn)

碩士學位論文3定性的提升有著重要的研究意義和一定的實際參考價值。1.2故障診斷與容錯控制的概述1.2.1故障診斷的概述控制系統(tǒng)中相關參數(shù)與標準模型輸出之間產生較大誤差，且超過設定誤差閾值范圍，則認定系統(tǒng)出現(xiàn)故障，同時由于系統(tǒng)內部故障導致其相關性能大幅降低，使得實際輸出與標準輸出之間產生更大誤差。在工業(yè)信息社會中，復雜控制系統(tǒng)中任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障都會對整個系統(tǒng)造成不可估量的損失，同時故障難以實時快速的排查，增加了控制系統(tǒng)的運行成本，降低了系統(tǒng)運行效率。圖1.3故障診斷方法分類圖動態(tài)系統(tǒng)故障檢測與診斷技術（FaultDetectionandDiagnosis，F(xiàn)DD）由美國麻省理工學院Beard提出，確保了系統(tǒng)在發(fā)生故障時能夠及時的進行檢測和分離故障，在提高系統(tǒng)安全性的同時避免故障問題帶來更大的損失[9-11]。當時進行故障診斷的方法主要是利用已經建立的標準模型輸出與實際輸出進行對比，判斷故

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博士論文
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碩士論文
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[8]基于小波與多核支持向量機的無人機傳感器故障診斷系統(tǒng)研究[D]. 葉慧.南京航空航天大學 2014



本文編號：3584784