题目：飞行器网络控制系统故障检测与隔离方法研究

故障检测与隔离为飞行器网络控制系统的容错控制提供技术保障，提高了飞行器的安全性和可靠性。本文研究了存在网络诱导时延的网络化飞行器控制系统故障检测与隔离问题。所考虑的网络诱导时延包括马尔可夫随机时延和完全未知有界时延两大类。本文将所获得的网络化飞行器控制系统故障检测与隔离的部分研究成果应用于基于数据总线技术的卫星姿态控制系统故障检测与隔离中，取得了较好的效果。本文的主要工作为：1．针对存在马尔可夫随机时延的飞行器网络控制系统，提出了一种基于线性矩阵不等式优化的鲁棒降阶故障检测滤波器设计方法。假设网络诱导时延有界且服从马尔可夫过程，采用降阶滤波器构造残差生成系统，将降阶滤波器存在可行解的问题转化为线性矩阵不等式约束的非凸优化问题并给出基于交替映射法求解非凸优化问题局部最优解的步骤；仿真结果表明：合理选择降阶故障检测滤波器的阶次，能够实现在降低计算量的同时保证故障检测的效果；2．针对存在未知有界时延的飞行器网络控制系统，提出了一种基于结构矩阵的在线时域优化故障检测滤波器设计方法。利用泰勒近似将未知有界时延引起的模型不确定项转化为在采样时刻已知项；根据最小可测故障集的概念，将故障检测滤波器优化问题转化为与当前和历史时刻的输入相关的最小优化问题并以矩阵Moore-Penrose逆的形式给出该最小优化问题的解；同时还提出了一种与该故障检测滤波器对应的自适应阈值算法，可有效减少故障误报率和漏报率；3．针对存在未知有界时延的飞行器网络控制系统，提出了一种基于凸包不确定性系统的最优故障检测滤波器设计方法。利用凯莱-哈密顿定理将存在未知有界时延的网络控制系统转化为时变凸包不确定性系统；之后针对时变凸包不确定系统设计故障检测滤波器，通过选择合适的滤波器参数来保证残差生成系统的渐近稳定，并使残差信号对故障具有灵敏性，同时对未知干扰和外部输入具有鲁棒性；仿真结果验证了该算法的有效性；4．针对存在马尔可夫随机时延的飞行器网络控制系统，提出了一种基于几何方法的鲁棒故障隔离滤波器设计方法。假设网络诱导时延有界且服从马尔可夫过程，根据马尔可夫跳变系统弱可观测性的概念，构造马尔可夫跳变系统的不变子空间和不可观测子空间；设计故障隔离残差生成器，使其对特定故障可观测，而对其它故障和未知输入均不可观测，从而实现故障的隔离；针对飞行器飞行环境的不确定性和存在干扰的情况，利用线性矩阵不等式优化技术实现故障隔离滤波器对干扰的鲁棒性；仿真结果表明：基于几何方法的鲁棒故障隔离滤波器不仅能够隔离单个故障，还可以同时隔离多个控制系统故障；5．针对采用数据总线的卫星姿态控制系统，基于几何方法分别设计了线性时不变故障隔离滤波器和参数符合马尔可夫分布的故障隔离滤波器；以低轨道KOMPSAT卫星为例进行数字仿真，结果表明两种方法均可实现对卫星姿态控制系统执行器故障的隔离，但参数符合马尔可夫分布的故障隔离滤波器较线性时不变故障隔离滤波器能够更快检测到故障并实现故障的隔离。