РЕКОНФИГУРАЦИЯ КОМПЛЕКСНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНОГО СУДНА ПРИ ОТКАЗАХ ПРИВОДОВ С УЧЕТОМ ОГРАНИЧЕНИЙ НА УПРАВЛЕНИЕ

Законы реконфигурации комплексной системы управления при отказах приводов, рассчитанные без учета физических ограничений на амплитуды отклонения рулевых поверхностей, могут привести к полной потере управляемости и устойчивости воздушного судна. Несмотря на наличие большого числа научных публикаций в данной области, практические системные результаты получены только для односвязных систем с одним входом и одним выходом. Проблемы сходимости итерационных алгоритмов сужения множества допустимых решений и консервативности законов реконфигурации, построенных с использованием весовых матриц, не позволяют решить задачу учета таких ограничений в общем виде. Для сложных многосвязных систем до сих пор общепринятых универсальных подходов не существует. В работе ограничения на отклонения рулевых поверхностей предлагается учитывать по мощности затрачиваемого на реконфигурацию управления. Показывается, как за счет незначительной модификации метода псевдообращения можно получать приближенные псевдообратные (субоптимальные) решения с заранее известными для заданной степени приближения минимально возможными мощностью (нормой матрицы компенсации отказов) и ошибкой (нормой матрицы погрешности) реконфигурации. Это позволяет согласованно понижать мощность и повышать ошибку реконфигурации в несколько шагов вплоть до получения допустимого решения. За счет увеличения ошибки решения задачи на каждом шаге появляется дополнительная свобода в уменьшении мощности реконфигурации. Уменьшение мощности реконфигурации приводит к уменьшению амплитуд отклонений рулевых поверхностей, на которые перераспределяются сигналы с отказавших каналов управления. На модельном примере реконфигурации комплексной системы управления самолета при отказе привода стабилизатора показывается, что псевдообратное решение задачи реконфигурации приводит к значительному выходу элеронов за ограничения и потере управляемости. Решение, рассчитанное с учетом ограничений на управление, снижает в несколько раз отклонения рулевых поверхностей и обеспечивает эффективное решение задачи в допустимой области мощности и ошибки реконфигурации.

1. Zolghadri A. The challenge of advanced model-based FDIR for real-world flight-critical applications // Engineering Applications of Artificial Intelligence. 2018. Vol. 68. Pp. 249–259.

2. Fekih A. Fault diagnosis and fault tolerant control design for aerospace systems: a bibliographical review // IEEE American Control Conference (ACC), 2014. Pp. 1286–1291.

3. Zhang Y., Jiang J. Bibliographical review on reconfigurable fault-tolerant control systems // Annual Reviews in Control. 2008. Vol. 32, № 2. Pp. 229–252.

4. Fekih A. Fault-tolerant flight control design for effective and reliable aircraft systems // Journal of Control and Decision. 2014. Vol. 1. № 4. Pp. 299–316.

5. Зыбин Е.Ю., Косьянчук В.В., Кульчак А.М. Аналитическое решение задачи оптимальной реконфигурации системы управления летательного аппарата при отказе нескольких органов управления // Мехатроника, автоматизация, управление. 2014. № 7. С. 59–66.

6. Акимов А.Н. Отказоустойчивость систем управления летательных аппаратов / В.В. Воробьев, Ю.К. Коноплев, В.А. Шабалин. М.: ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 2005.

7. Земляков С.Д., Рутковский В.Ю., Силаев А.В. Реконфигурация систем управления летательными аппаратами при отказах // Автоматика и телемеханика. 1996. № 1. С. 3–20.

8. Косьянчук В.В. Контроль и диагностирование подсистем в замкнутом контуре управления // Известия РАН. Теория и системы управления. 2004. № 1. С. 67–76.

9. Буков В.Н., Косьянчук В.В. Вложение систем. Линейное наблюдение // Автоматика и телемеханика. 2001. № 2. С. 3–14.

10. Gao Z., Antsaklis P.J. Stability of the pseudo-inverse method for reconfigurable control systems // International Journal of Control. 1991. Vol. 53, № 3. Pp. 717–729.

11. Rotondo D. Advances in gain-scheduling and fault tolerant control techniques. Springer, 2017.

12. Shen Q. Finite-time fault-tolerant attitude stabilization for spacecraft with actuator saturation / D. Wang, S. Zhu, K. Poh // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2015. Vol. 51, № 3. Pp. 2390–2405.

13. Zuo Z., Ho D., Wang Y. Fault tolerant control for singular systems with actuator saturation and nonlinear perturbation // Automatica. 2010. Vol. 46. Pp. 569–576.

14. Rotondo D. A virtual actuator approach for the fault tolerant control of unstable linear systems subject to actuator saturation and fault isolation delay / J.-C. Ponsart, D. Theilliol, F. Nejjari, V. Puig // Annual Reviews in Control. 2015. Vol. 39. Pp. 68–80.

15. Jiang J., Zhang Y.M. Accepting performance degradation in fault tolerant control system design // IEEE Transactions on Control Systems Technology. 2006. Vol. 14, № 2. Pp. 284–292.

16. Mhaskar P., Gani A., Christofides P.D. Fault-tolerant control of nonlinear processes: Performance-based reconfiguration and robustness // International Journal of Robust and Nonlinear Control. 2006. Vol. 16, № 3. Pp. 91–111.

17. Kapila V., Grigoriadis K. Actuator saturation control. CRC Press, 2002.