第31卷第8期 2018年8月
传感技术学报
CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORS
Vol. 31No.8 Aug.2018
SensorFaultDiagnosisMethodforQuad-RotorAircraft
BasedonAdaptiveObserver*
WANG Rijun',BAI Yue',ZENG Zhiqiang',DUAN Nengquan
DANG Changying',DUWenhua',WANG Junyuan( 1.School of Mechaniozl Engineering , Narth U/niersitly of China, Taiyuan 030051, China
2. Changohun Institate of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Scienoe, Changchun 130033, China)
Abstract: For sensor fault diagnosis of quad-rotor aircraft, a nonlinear diagnosis method for detecting, isolating and estimating possible simultaneous sensor faults of quad-rotor aireraft is proposed. Firstly , the aircraft dynamies model and sensor model are established, and the sensor fault detection and diagnosis system of the quad-rotor aircraft is constructed. Secondly,the fault observer is used to realize sensor fault detection and isolation,and the nonlinear a-daptive observer is designed based on the Laypunov method to estimate the unknown fault bias. Finally ,the stability and parameter convergence of the adaptive laws are proved in the presence of sensor measurement noise. The exper-imental results show that the method can detect and isolate the fault of sensors effectively ,and realize the estimation and tracking of the sensor fault biases.
Key words : quad-rotor aircraft ; adaptive observer;fault diagnosis ; bias estimation
EEACC:7230
doi :10.3969/j.issn.10041699.2018.08.010
基于自适应观测器的四旋翼无人飞行器
传感器故障诊断方法
王日俊，白越，曾志强，段能全，党长营，杜文华，王俊元”（1.中北大学机械工程学院，太原030051；2.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春130033）
摘要：针对四旋翼无人飞行器传感器故障诊断间题，提出一种用于四旋翼无人飞行器加速度计和陀螺仪故障同时发生的故障检测与隔离以及故障偏差值估计的非线性诊断方法。首先，在建立飞行器动力学模型和传感器模型的基础上，构建四施翼无人飞行器传感器故障检测与诊断系统。其次，利用故障观测器完成传感器故障的检测与隔离，基于Laypunowv方法设计非线性自适应观测器对未知故障偏差值进行估计。最后，在传感器测量噪声存在的情况下，证明自适应律的稳定性和参数收效
性。实验结果表明，该方法能有效进行传感器的故障检测与隔离，实现对传感器故障偏差的估计与跟踪。关键词：四旋翼无人飞行器；自适应观测器；故障诊断；偏差估计
中图分类号：TP277
文献标识码：A
四旋翼无人飞行器具有结构简单、稳定性好以及
起降录活等特点，在军事和民用领城得到了极大关注与广泛应用[1-2)。搭载于飞行器上的惯性测量单元 IMU（InertialMeasurement Units）在其导航信息获取与姿态运动控制中起着至关重要的作用，是保证飞行器安全可靠飞行、执行各类飞行任务的前提3。然而，机载环境的温度变化、机械振动等因素的存在使
文章编号：1004-1699(2018)08-1192-09
得IMU传感器元件极易损伤或失效，由此导致的传感器故障时有发生[4-5]。传感器一旦发生故障不仅会严重影响飞行的安全性和可靠性，导致飞行任务的失败，甚至会危及地面人员的生命安全。因此对于飞行器传感器故障检测与诊断技术的研究就成为了提高飞行器的安全性和可靠性的迫切任务，
目前大多数应用于四旋翼无人飞行器的故障诊
项目来源：国家自然科学基金项目（11372309，11602231）：中北大学自然科学基金项目（XJ2016006）
收稿日期：2018-03-07
修改日期：2018-04-23