本发明专利技术公开了一种飞机飞行控制系统的液压作动器故障监测方法，首先创建故障模型分类；接下来创建正常工作情况下作动器状态方程表达式；然后创建故障状态下作动器状态方程表达式；使用等价空间法进行液压作动器故障检测；再进行液压作动器故障估计；最终根据故障估计结果，实现对液压作动器故障的监测。本发明专利技术可以识别液压作动器故障，并且可以对液压作动器健康状态进行监控，从而对飞机可能出现的故障时机和剩余寿命进行准确预测，确保飞机尽可能地安全可靠飞行。可能地安全可靠飞行。可能地安全可靠飞行。
【技术实现步骤摘要】
一种飞机飞行控制系统的液压作动器故障监测方法
[0001]本专利技术属于故障监测
，具体涉及一种飞行控制系统的液压作动器故障监测方法。
技术介绍
[0002]随着科学技术的进步，现代飞机采用越来越多复杂的机构/结构系统以实现更高级更复杂的功能。由于这些机构/结构设计复杂，普遍使用先进的技术和先进的智能及复合材料，使得现代飞机的研究难度加大，研制成本也越来越高，因此提高现代飞机的可靠性、安全性和延长其工作寿命已成为航空领域科研工作最重要的热点问题之一。但是，要实现现代飞机的高可靠性与长寿命设计，必须要解决其寿命的评估与预测问题，只有认识和了解引起故障的各种影响因素，并对飞机能实现定寿或寿命预测，才能指导寿命设计，真正实现现代飞机的长寿命设计，从而提高其工作的可靠性。此外，开展飞机的寿命预测研究，可以根据每架飞机的历史工况信息及未来要求对已定型的现役飞机质量状况进行评估，对故障和剩余寿命进行预测，以做到防患于未然，真正提高其可靠性。
[0003]飞机在航行中，飞行控制系统对保障飞机的飞行安全起着非常关键的作用。伺服作动分系统为飞行控制系统的关键分系统，其随动失效将影响任务的完成，控制失效将危及飞行安全。然而其中的伺服作动器由于长期处于高压和不停地动作中，常常不可避免地出现各种故障而影响飞机正常飞行，甚至出现重大事故。因此，研究飞控系统中伺服作动器的故障机理及其寿命和可靠性的评估和预测方法，以实现对飞机可能出现的故障时机和剩余寿命进行准确预测，确保飞机尽可能地安全可靠飞行，将飞行事故降到最低水平有着重要意义。
技术实现思路
[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种飞机飞行控制系统的液压作动器故障监测方法，首先创建故障模型分类；接下来创建正常工作情况下作动器状态方程表达式；然后创建故障状态下作动器状态方程表达式；使用等价空间法进行液压作动器故障检测；再进行液压作动器故障估计；最终根据故障估计结果，实现对液压作动器故障的监测。本专利技术可以识别液压作动器故障，并且可以对液压作动器健康状态进行监控，从而对飞机可能出现的故障时机和剩余寿命进行准确预测，确保飞机尽可能地安全可靠飞行。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：
[0006]步骤1：创建故障模型分类；
[0007]将飞机飞行控制系统的液压作动器故障分为作动器卡死故障、作动器恒增益变化故障和作动器输出恒偏差故障；
[0008]步骤2：创建正常工作情况下作动器状态方程表达式；
[0009]u
m
(k)＝s(k)u
c
(k)+d(k)
[0010]其中u
m
(k)表示作动器的实际输出，u
c
(k)表示作动器的指令输入即飞控机的输出；
s(k)表示作动器实际输出u
m
(k)对指令输入u
c
(k)的增益，d(k)表示输出偏差；k表示当前拍数；作动器正常工作时，s(k)＝1，d(k)＝0；
[0011]步骤3：创建故障状态下作动器状态方程表达式；
[0012](1)作动器卡死故障：
[0013][0014]其中d表示发生故障后的偏差值；
[0015](2)作动器恒增益变化故障：
[0016][0017]其中s表示发生故障后的增益值，T表示采样周期，t
fault
表示故障时刻；
[0018](3)作动器输出恒偏差故障：
[0019][0020]步骤4：使用等价空间法进行液压作动器故障检测；
[0021]故障下的液压作动器用如下动态方程描述：
[0022][0023]其中，A为N
×
N的系统矩阵，X(t)＝[x1(t),x2(t),
…
,x
N
(t)]T
为N维状态向量，B为N
×
M的输入矩阵，U(t)＝[u1(t),u2(t),
…
,u
M
(t)]T
为M维输入向量；输出方程中：C为I
×
N的输出矩阵；Y(t)＝[y1(t),y2(t),
…
,y
I
(t)]T
为I维输出向量；ΔA、ΔB分别是由系统内部结构、输入控制形式发生故障引起的状态方程的改变，ΔC反映测量系统发生故障引起的输出方程的改变；
[0024]进行检测所用的第j个传感器的直接等价空间法产生的残差为：
[0025][0026]式中α
L
是L维的线性投影向量；Y
I
(t)表示输出向量；
[0027]当所有残差r
j
(t)＝0时，表明作动器正常工作；当残差r
j
(t)≠0时，表明作动器发生了故障；
[0028]步骤5：液压作动器故障估计；
[0029]作动器的卡死故障、恒增益变化故障和输出恒偏差故障统一表示为以下形式：
[0030]u
m
(k)＝s(k)u
c
(k)+d(k)
[0031]估计出s(k)和d(k)的值，由步骤3的故障状态下的表达式判断故障类型；故障程度由s(k)和d(k)的大小来表示；
[0032]步骤6：根据故障估计结果，实现对液压作动器故障的监测。
[0033]优选地，所述液压作动器故障包括：
[0034](1)作动器卡死故障：
[0035]A.作动器在出舵过程中卡死在某一位置的故障的注入方法是：预先设定作动器的
卡死位置，未到达该位置前作动器一直以正常方式运行，直至到达并保持在卡死位置，此后不再响应输入指令的变化；
[0036]B.作动器输出处于稳态，从某时刻开始偏离正常位置并逐渐到达卡死位置故障的注入方法是：预先设定作动器的卡死位置和卡死时刻，未到达该时刻前作动器一直以正常方式运行，到达该时刻后作动器输出逐渐偏离正常位置，直至到达并保持在卡死位置，此后不再响应输入指令的变化。
[0037](2)作动器恒增益变化故障：
[0038]注入方法为：预先设定故障增益值和故障时刻，在到达该时刻前作动器以正常方式运行，到达该时刻后作动器输出逐渐偏离正常位置并最终和指令输入之间保持一个恒定的比例关系，此后作动器输出将以该比例关系响应输入指令的变化。
[0039](3)作动器输出恒偏差故障：
[0040]注入方法为：预先设定偏差故障的偏差值和发生时刻，在到达该时刻前作动器以正常方式运行，到达该时刻后作动器输出偏离正常位置并和指令输入之间保持一个恒定的差值称为恒偏差，此后作动器输出仍然响应输入指令的变化，但与正常作动器输出之间保持一个恒定的偏差。
[0041]本专利技术的有益效果如下：
[0042]本专利技术根据飞机实际飞行过程中产生的飞行数据对液压作动器的工作状态进行实时监测，可以识别液压作动器故障，并且可以对液压本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种飞机飞行控制系统的液压作动器故障监测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：创建故障模型分类；将飞机飞行控制系统的液压作动器故障分为作动器卡死故障、作动器恒增益变化故障和作动器输出恒偏差故障；步骤2：创建正常工作情况下作动器状态方程表达式；u
m
(k)＝s(k)u
c
(k)+d(k)其中u
m
(k)表示作动器的实际输出，u
c
(k)表示作动器的指令输入即飞控机的输出；s(k)表示作动器实际输出u
m
(k)对指令输入u
c
(k)的增益，d(k)表示输出偏差；k表示当前拍数；作动器正常工作时，s(k)＝1，d(k)＝0；步骤3：创建故障状态下作动器状态方程表达式；(1)作动器卡死故障：其中d表示发生故障后的偏差值；(2)作动器恒增益变化故障：其中s表示发生故障后的增益值，T表示采样周期，t
fault
表示故障时刻；(3)作动器输出恒偏差故障：步骤4：使用等价空间法进行液压作动器故障检测；故障下的液压作动器用如下动态方程描述：其中，A为N
×
N的系统矩阵，X(t)＝[x1(t),x2(t),
…
,x
N
(t)]
T
为N维状态向量，B为N
×
M的输入矩阵，U(t)＝[u1(t),u2(t),
…
,u
M
(t)]
T
为M维输入向量；输出方程中：C为I
×
N的输出矩阵；Y(t)＝[y1(t),y2(t),
…
,y
I
(t)]
T
为I维输出向量；ΔA、ΔB分别是由系统内部结构、输入控制形式发生故障引起的状态方程的改变，ΔC反映测量系统发生故障引起的输出方程的改变...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘贞报，王莉娜，党庆庆，赵闻，张超，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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