【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于飞行控制，具体涉及一种基于视觉的翼面损伤几何特征估计与自适应重构控制方法。
技术介绍
1、翼面损伤是一种典型的机翼故障，与其他故障不同的是翼面损伤具有不确定性、高破坏性和复杂非线性。在过去几十年中，由机翼损伤故障引发的飞机失控仍是导致飞机发生致命事故的主要原因之一。诸多事故表明，在飞机不丧失必要升力和飞控系统仍有效的前提下，若飞行员采取快速有效的措施，能够有效减少因翼面损伤故障导致的灾难性事故发生的可能性，从而减少人员和财产的损失。因此，如果能够开发一套综合故障诊断和容错控制的系统，在故障时精确地估计飞机的损伤类型并采取对应的容错控制措施将显著的提高飞机生存能力。
2、可靠、快速、准确的翼面损伤故障检测是任何飞行控制系统容错控制重构的关键。众所周知，结构损伤等故障极大地改变了气动特性，通常还会导致飞行性能和操作质量的突然恶化，从而损害飞行安全。飞机飞行中机翼损伤会产生严重的后果，如果能够及时检测并估计出损伤的位置和面积，对提高飞行安全和可靠性具有重要意义。对于飞行控制系统而言，故障诊断是主动容错控制的前提，利用故障诊断方法获取准确故障信息，才能保证控制指令和操纵面偏转指令的准确性，使飞行控制系统达到预期控制效果。现有研究中基于模型的故障诊断方法具有明确的物理意义，可以实现对故障的在线检测。由于翼面损伤故障的不确定性，实时精确建模存在很大的难度。而不依赖系统模型的智能故障诊断方法在飞机稳态/准稳态的假设下具有良好的检测效果，但对损伤故障进行故障特征提取具有较大的工作量，且战斗机具有高动态特性，导致这种方法
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于视觉的翼面损伤几何特征估计与自适应重构控制方法，包括：基于catia软件和xflow气动模拟软件，计算不同损伤飞机的气动参数，建立损伤飞机的六自由度非线性模型，完成不同损伤程度下飞机的高精度建模；根据不同飞行任务探究多种配平方案，实现不同损伤程度飞机的离线配平计算；利用视觉传感器、轮廓跟踪算法完成飞机翼面损伤情况的故障特征提取，实现翼面损伤飞机的几何特征参数估计；将基于视觉的几何特征估计参数与离线配平气动参数匹配，实现飞机的快速配平，并设计带有角加速度估计的自适应增量式动态逆重构算法，完成翼面损伤飞机高精度自适应重构控制。本专利技术所提供的方法可以实现损伤几何特征参数的在线精确估计和快速配平，实现飞机损伤故障发生后的快速稳定和精确控制，提升损伤飞机的生存概率和控制精度。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：
3、步骤1：建立损伤飞机的六自由度非线性模型，完成不同损伤程度下飞机的高精度建模；
4、步骤2：探究多种配平方案，实现不同损伤程度飞机的离线配平计算；
5、步骤3：利用视觉信息完成飞机翼面损伤情况的故障特征提取，实现翼面损伤飞机的几何特征估计；
6、步骤4：将基于视觉的几何特征估计参数与离线配平参数匹配，实现基于舵面配平的翼面损伤飞机高精度自适应重构控制。
7、进一步地，所述步骤1具体为：
8、步骤1-1：绘制不同程度损伤、正常飞机的模型，获取飞机的质量mair、机翼面积sair、平均气动弦长展长bair，并获取飞机的三维重心位置[△x△y△z]t，机体x,y,z轴的转动惯量ixx、iyy、izz，以及惯性积ixy、iyz和ixz，建立飞机的线加速度运动方程如下：
9、
10、式中[u,v,w]t分别为飞机空速vair在机体系三轴上的分量，[p,q,r]t分别为飞机的滚转角速度、俯仰角速度和偏航角速度，t为推力，d为阻力，l为升力，y为侧力，α为迎角，β为侧滑角，φ为滚转角，θ为俯仰角；
11、损伤飞机的角加速度运动方程如下：
12、
13、式中×表示向量叉乘，ω＝[p,q,r]t，i为转动惯量且m为机体轴上的合外力矩，m分为正常飞机的气动力矩m0＝[mx,0,my,0,mz,0]t和由于损伤产生的额外扰动力矩△m＝[△mx,△my,△mz]t；
14、步骤1-2：采用泰勒级数展开将损伤飞机产生的气动力矩进一步展开成以下形式：
15、
16、式中qair为动压，ci0和cij，i＝l,m,n,j＝α,β,δ,ω分别表示正常飞机的滚转、俯仰和偏航力矩系数和对相应状态j＝α,β,δ,ω的力矩导数，而符号‘△’表示因损伤导致对应力矩系数的增量和力矩导数增量，，δ＝[δel δer δal δar δr]t，δel δer δalδar δr分别表示左右升降舵、左右副翼和方向舵；
17、步骤1-3：飞机的运动学方程如下：
18、
19、
20、
21、式中||·||表示向量的模，ψ为偏航角，[x,y,z]t表示飞机在地面系中的三维位置坐标；选择飞机的状态量为[v α β p q r φ θ ψ x y z]t，完成对飞机所有状态量运动方程的建立。
22、进一步地，所述步骤2具体为：
23、步骤2-1：飞机发生翼面损伤故障后，飞机受力的平衡方程如下：
24、
25、式中cx0、cy0、cz0表示零升阻力系数、侧力系数和升力系数，cxα、cyα、czα分别为阻力、侧力、升力关于迎角的导数，cxβ、cyβ、czβ分别为阻力、侧力、升力关于侧滑的导数，cxδδ、cyδδ、czδδ分别为阻力、侧力、升力关于不同控制舵面偏角δ的导数，△cx、△cy、△cz表示损伤产生的额外阻力、侧力、升力，符号‘△’表示因损伤导致对应气动力系数的增量，t＝t0+△t，φ＝φ0+△φ，β＝β0+△β，θ＝α＝α0+△α以及δ＝δ0+△δ表示损伤飞机新配平状态和控制面偏转角度，t0、φ0、β0、α0、δ0为正常飞机的配平状态和控制面偏转角度；
26、步骤2-2：由式(7)得受损飞机的气动力增量方程为：
27、qairsair(cxα△α+cxβ△β+cxδ△δ+△cx)-mairgcosα0△α-△mairgsinα0+△t＝0 (8)
28、qairsair(cyα△α+cyβ△β+cyδ△δ+△cy)-mairg△φsinα0△α+△mairg△φcosα0＝0(9)
29、qairsair(czα△α+czβ△β+czδ△δ+△cz)-mairgsinα0△α+△mairgcosα0＝0 (10)
30、根据侧力平衡方程(9)，受损飞机能够通过产生滚转角以及侧滑角或者操纵控制面配平的途径来实现损伤发生后飞机的侧力再平衡，进而通过调整迎角和推力使得损伤飞机纵向和法向力再次达到平衡；
31、步骤2-3：针对操纵控制面本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于视觉的翼面损伤几何特征估计与自适应重构控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于视觉的翼面损伤几何特征估计与自适应重构控制方法，所述步骤1具体为：
3.根据权利要求2所述的一种基于视觉的翼面损伤几何特征估计与自适应重构控制方法，所述步骤2具体为：
4.根据权利要求3所述的一种基于视觉的翼面损伤几何特征估计与自适应重构控制方法，所述步骤3具体为：
5.根据权利要求4所述的一种基于视觉的翼面损伤几何特征估计与自适应重构控制方法，所述步骤4具体为：
6.根据权利要求5所述的一种基于视觉的翼面损伤几何特征估计与自适应重构控制方法，所述估计增益λ1＝150，λ2＝80。
【技术特征摘要】
1.一种基于视觉的翼面损伤几何特征估计与自适应重构控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于视觉的翼面损伤几何特征估计与自适应重构控制方法，所述步骤1具体为：
3.根据权利要求2所述的一种基于视觉的翼面损伤几何特征估计与自适应重构控制方法，所述步骤2具体为：
4.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄山，吕永玺，朱奇，魏洲航，李珂澄，史静平，屈晓波，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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