文档介绍：中图分类号:V247 论文编号:1028703 12-S042
学科分类号:081102
硕士学位论文
基于神经网络的飞控传感器故障诊断
研究生姓名张小敏
学科、专业检测技术与自动化装置
研究方向飞行控制
指导教师罗秋凤副研究员
南京航空航天大学
研究生院自动化学院
二О一二年一月
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
The Graduate School
College of Automation Engineering
Sensor Fault Diagnosis for Flight Control
System Based on work
A Thesis in
Detection technology and Automatic equipment
by
Zhang Xiaomin
Advised by
Associated Researcher Luo Qiufeng
Submitted in Partial Fulfillment
of the Requirements
for the Degree of
Master of Engineering
January, 2012
承诺书
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行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致
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(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)
作者签名:
日期:
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
在无人机飞行控制(飞控)系统中,传感器用于测量飞机的飞行状态参数,并反馈至飞行
控制计算机中进行飞行控制律解算,从而实现无人机的自动驾驶飞行任务。飞控传感器能否正
常工作直接影响了无人机的安全可靠飞行,因此对飞控传感器进行在线故障诊断具有重要意义。
本文的主要研究内容和成果如下:
首先,在了解现有故障诊断技术基础上,针对飞控系统传感器的特点,提出基于神经网络
非线性系统辨识原理的故障诊断方法,建立了以垂直陀螺和速率陀螺输出为估计参数的神经网
络观测器组,在线估计飞行参数。
其次,针对传感器故障类型识别问题,采用线性回归的数理统计法,对故障残差信息进行
一元线性回归建模分析,完成了传感器恒偏差及恒增益两种故障类型的识别;并提出双阈值故
障检测法,对传感器故障在线检测,通过设置观测时间窗口,对残差序列连续观测,诊断传感
器工作情况。
再次,探讨了神经网络权值调整的基本算法及其改进算法的特点,并一一应用到本文建立
的神经网络观测器进行学习,通过对网络收敛速度、网络辨识精度等性能指标的比较。其结果
显示,LM 算法在收敛速度上均远远高于其他学习算法,且网络估计误差均满足控制系统精度
要求。表明,LM 算法的应用,综合提高了神经网络的收敛速度和估计精度两项指标。同时,
采用 LM 算法,研究了不同隐层节点个数的神经网络性能,最终确定最佳神经网络结构。
最后,对某型无人机,在 matlab/simulink 仿真环境下,就不同高度层的纵、横向控制要求,
在不同飞行模态下,分别对垂直陀螺和速率陀螺传感器卡死、恒偏差、恒增益三种故障进行了
故障诊断分析。仿真结果表明:本文设计的神经网络观测器组可对传感器测量的无人机飞行状
态参数进行在线估计;通过对故障后的传感器输出和网络输出样本线性回归建模分析,实现了
传感器故障类型的识别;双阈值故障检测方法可有效滤除非故障引起的突变信号,降低虚警率,
提高故障诊断可靠性。并利用网络估计值重构控制律反馈输入信号,维持了无人机的继续可靠
飞行。
关键词:传感器,飞行控制,神经网络观测器,线性回归,故障诊断
i
基于神经网络的飞控传感器故障诊断
ABSTRACT
In the unmanned aerial vehicle (UAV) flight control system (FCS), sensors are used for
measuring flying state parameters