题目：四余度机电作动系统容错控制方法研究

        本文研究的大功率复合式四余度机电作动器将取代液压作动器应用于全电飞机中，是下一代飞机的关键技术之一。课题来源于“十五”航空预研项目“多余度电作动系统研究”和航空基金项目《复合式四余度机电作动系统的研究》（01F51016）。论文在已有的理论和方法的基础上，从主动容错控制的角度对作动器系统的故障检测与诊断、故障隔离，以及容错控制几个环节进行了深入与补充。

        首先对所研究的机电作动器的提出、发展、国内外研究现状等背景进行了综述。之后在已有余度设计方案以及系统各部分可靠性预计的基础上，介绍了本作动器特有的电气四余度机械两余度的两-两余度结构形式及其系统可靠性，并分析了这个结构下系统可能出现的各种故障。针对机电作动器复杂的系统组成、严重非线性的模型，以及故障的多样性，提出主动容错控制方法更能充分地利用系统多备份的余度结构特点，有的放矢地对故障系统进行结构重构与控制律重组，同时对主动容错控制中的故障检测与诊断环节提出了故障定位范围和快速性的要求。

        为了不增加系统的复杂度，本文采用基于已有测量信号的故障检测方法，分析了典型的频域分析和时频分析，包括经典的快速傅里叶变换方法、短时傅里叶变换方法、Cohen类分布方法、希尔伯特-黄变换方法和小波分析方法。对各种方法表现出来的不同特点进行分析后，结合四余度机电作动器运行中固有的特点，提出了两种故障检测与诊断方法：基于归一化快速傅里叶变换与专家系统的方法、基于连续小波变换与层次聚类的方法。通过详细的仿真与试验分析说明这两种方法各有利弊，前者具有很好的全局频率分辨能力，并对各种故障都有很好的适用性；后者解决了前者在系统低速运行时快速性较差的缺陷，方法简单快速，但对非突变特征的故障具有局限性。因此这两种方法可以结合使用，从而保证较低的虚警率。

        故障检测与诊断环节是主动容错控制中基础的一环，也是决定主动容错控制效果好坏重要的一环。这部分内容在课题研究中一直都处于空白，在这方面的有力补充也为之后容错控制的实施提供了可能。

        论文在具体分析了故障发生后对作动器系统造成的潜在危害之后，强调了故障隔离的必要性。同时由于机电作动器特殊的结构特点，有些故障隔离后反而会增加系统负担，故指出并不是所有故障都需要隔离，并给出了各种故障下的隔离方案。

        由于系统故障后原来由四个通道实现的控制性能现在要由三个或两个通道实现，因此容错控制律的重新分配方式至关重要。论文分别分析了电流均衡、转矩均衡、铜损耗均衡下系统受到的发热和力纷争的影响，指出铜损耗均衡的分配方式虽然也会引起一定程度的过载、过流、发热、力纷争等问题，但是相对来讲是一种效果较好的折中方法。采这种方法可以在系统重构后对控制律进行自适应的调控重组，从而实现“一次故障-工作”“二次故障-安全”的容错控制目标。同时还对功率器件的损耗问题作了详尽的分析，并给出了参数设计依据。这个结果在四余度机电作动器加载试验中得到了很好的验证。

        至此，结合已有的理论及方案，四余度机电作动器主动容错控制方法得到了深入和完善。作动系统现已可以充分利用各种余度设计和系统已有的检测、计算能力，达到要求的性能指标以及容错控制性能要求。