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摘要：现代飞行控制系统的结构越来越复杂，作用日益重要，其安全可靠性已成为飞行控制系统设计所必须考虑的首要问题。在被控对象发生故障时，保证控制系统的安全性的控制策略称作故障容错控制。先进重构飞行控制技术在原有基础上更强调自适应能力，不再依赖故障诊断和隔离（FDI）系统，因而促进了鲁棒控制、智能控制和自适应控制技术的交叉和融合。
关键词：大型民机；可重构飞行控制系统；研究
一、可重构飞行控制系统的内涵
容错控制按照处理故障的方式分为主动容错和被动容错两类。被动容错方法本质上是鲁棒控制技术。它首先假定一个标称模型（通常就是飞行器正常状态下的模型），飞行器故障被认为是对于标称模型的有界扰动，利用系统的鲁棒性实现对故障的容错。这种方法处理的任何故障（扰动）不能超出鲁棒控制器给定的稳定边界。否则，系统的稳定性和容错能力得不到保证。为了处理更多的故障模式，控制器需要有很大稳定半径，这样控制器又不可避免地保守，甚至不能实现。而且，作动器和传感器等的故障不能完全按照扰动建模，需要控制器能直接处理这些类型故障。主动容错的方法，或者说是可重构方法并不假定一个稳定的标称模型，并充分利用故障信息对故障或者故障下系统建模，利用飞行器气动和结构上的冗余，按照一定的算法进行控制方法和控制律的调整，使得系统飞行器稳定，并且满足故障下系统性能要求。
飞行器出现的故障大概可以分为三类：传感器故障、作动器故障、飞行器本体结构性故障。实际故障也可能是它们的组合。传感器故障并不直接影响飞行器的气动和结构特性，即对飞行器的运动方程没有影响。所以，在可重构控制系统研究方面涉及很少，这里不讨论这类故障。作动器和本体结构故障都直接影响飞行器的运动方程。但结构性故障仅仅改变方程的系数，而作动器故障则改变飞行器运动方程的结构，故作动器故障是可重构系统研究中的重点和难点。
二、可重构飞行控制系统的研究内容
可重构控制系统设计包括两方面的内容：故障或参数的辨识和控制律的重构。按照是否需要故检测与隔离模块（FDI）提供的故障信息的标准，可重构控制系统分为两类。一类是需要FDI提供故障检诊信息，然后针对不同故障模式选择预先设计好的控制律。另一类则不需要FDI获取故障信息，而是对飞行器进行在线实时参数辨识，动态设计控制律。两种方法都需要对故障下的系统进行不同角度的描述来获得故障的信息，为控制律重构提供依据。为了获得相对精确的故障模型，或者是系统参数，辨识过程可能要比较长的时间。对于飞行控制这样的实时控制系统来说，可能是致命的。这部分中辨识模型精确度和时间延迟的矛盾是它的重要问题。控制律重构部分根据FDI提供的故障信息，或者在线辨识得到系统参数调整系统控制律，达到故障下系统的控制指标。它应能保证系统的稳定性，并满足系统操纵品质要求。重构算法应适应更多的故障模型。另外，重构算法的实时性和工程可实现性也是设计时考虑的重要因素。
三、先进重构飞行控制技术的应用现状及前景
1、技术应用
重构飞行控制技术在本质上是一种容错飞行控制技术，它使飞控系统可以适应未知故障和损伤，从而保证安全性和维持适当的操纵品质。先进重构飞行控制技术在原有基础上更强调自适应能力，不再依赖故障诊断和隔离（FDI）系统，因而促进了鲁棒控制、智能控制和自适应控制技术的交叉和融合。未来的重构控制技术将是在自适应概念下对现有技术的进一步综合和拓展，并必然朝着智能化的方向发展。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆波音公司在RESTORE项目上的成功，是重构飞行控制技术发展的里程碑事件，同时也凸显了先进重构飞行控制技术的主要优势：
实时性能和长期的稳定性。在故障损伤后具有适当的恢复速度，以维持操纵品质和保证安全；不是高增益控制，不会恶化结构模态耦合特性；在恢复过程中不依赖参数辨识，同时也限制了故障后针对控制重新分配问题中参数辨识的范围；大大削减飞控设计中对于精确气动参数数据库的需要；大幅度地减少现行设计过程中大量的离线分析、试飞调参和确认以及由可能的故障状态所引发的不确定量的软件编码、调试、修改以及验证和确认（V&V）的工作量，从而大大减少新飞机开发中的相关研制费用。特别是后两点优势，使得先进重构控制技术已经超出了自修复技术的范畴，成为一种经济、有效的先进飞控系统设计技术。这是对完全基于精确模型和频繁在线增益调节的经典设计技术的超越，由此带来的效益和应用潜力值得特别关注，并成为发展先进重构控制技术的又一主要推动力。重构技术有着广泛的应用前景，先进飞行重构技术的优势使它在飞控领域的应用范围大大加宽。
2、重构飞行控制系统应用中的问题以及拟解决方案
虽然重构飞行控制系统的研究已经有了20多年的历史，从目前发展情况来看，还缺乏实用性。一个重要的原因是新的重构控制系统要替代现有的控制系统，但是新的重构控制系统还缺乏充分的评估和确认。相比较之下，现有控制系统在正常工作情况下已经得到了验证，是比较完善的，研究人员开始考虑在现有控制系统结构的基础上加以扩展升级，使之具有重构控制功能。针对民用飞机在现有控制律的基础上设计了新型重构控制方案，应用基于模型参考自适应的直接自适应方法构建了重构控制律，将重构功能作为一个模块添加到原系统中。对现有控制系统进行升级，使其具备重构功能，而不是完全以新的重构控制系统替换现有系统的重构设计方案，提出了并行结构和串行结构两种方案。新型重构控制系统实用化的一个障碍，是以自适应和智能神经网络为特点的先进重构控制系统的评估和确认工作还亟待建立和完善。
3、综合国内外可重构控制系统发展的情况，对可重构控制系统的发展趋势提出以下两个观点。其一，智能化趋势发展。随着人工神经网络、智能控制和自适应控制的发展，可重构飞行控制系统的研究不可避免地要朝着智能控制的方向发展。首先是智能控制方法与传统控制方法相结合所形成的飞行重构控制方法，比如神经网络自适应控制方法，其控制结构与线性系统完全相同，只是被控对象的辨识模型为神经网络，从而使得此控制方法借助人工神经网络自适应控制推广到了非线性系统。另外，随着智能控制理论本身的发展，其交叉衍生出的各种控制方法也逐渐应用到可重构飞控系统的研究中，例如模糊神经网络在飞控系统重构中的应用。但是，也应看到智能控制理论本身所具有的一些制约因素，比如稳定性等问题，这将是在重构控制系统设计方而所需要考虑的；其二，全包线和全任务研究，在现有的研究主要集中在飞行器平飞状态下故障重构问题。还需要额外地驾驶仿真和试飞，以全面地研究人机耦合、大迎角操纵以及面向全包线、全任务的技术应用（如起飞和着陆等）；另外，与当前飞行控制设计的融合和飞行验证。当前可重构控制研究的最大的障碍是如何进行飞行验证，如何和当前的飞行器设计方法相兼容。这是可重控制系统在通往工程应用的路上必须要解决的主要问题。可重构控制经过几十年的发展表明，它主要任务是如何提高飞行控制的性能（当然包括容错性能），而不仅仅是单独的处理系统故障
结束语
对于先进重构飞行控制技术，国外已确认了下一步的研究领域。其中之一就是进一步完善先进重构算法和增益调节控制律的结合，以提高先进重构飞控技术的过渡潜力和应用灵活性。
参考文献：
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[3]罗云峰，张凯.可重构飞行控制系统研究[J].飞行力学，2010（14）：253-258.
论文作者:何志国
论文发表刊物:《基层建设》2015年17期供稿
论文发表时间:2015/12/3
标签：重构论文; 故障论文; 控制系统论文; 飞行器论文; 系统论文; 技术论文; 自适应论文; 《基层建设》2015年17期供稿论文;