基于行为机理协同模型的飞行器控制系统IVHM仿真研究

目前，飞行器实时健康监测与管理已迅速成为国际学术界和工程界关注的热点，世界航空航天大国纷纷将其列为优先发展的研究领域之一。飞行器控制系统作为飞行器的核心子系统，对于飞行任务的完成起着至关重要的作用。因此，将IVHM与飞行器控制系统相结合进行仿真研究具有十分重要的现实意义。本项目拟采用辨识实验、电路仿真和飞行仿真相结合的方法，借助成熟的电气辅助设计软件和飞行器仿真软件，通过适应性改造，开展面向飞行器控制系统典型组件健康状态的电路仿真分析，建立层次化的健康状态组件模型、行为机理协同模型，利用辨识实验和仿真试验方法进行组件模型校核。以此为基础，进行基于IVHM结构的仿真试验技术研究。项目拟以RLV再入返回控制问题为例，开展项目理论成果的应用研究，以使得所取研究成果既可为我国开展RLV飞行控制仿真方法研究提供直接的理论指导，也可为我国今后开展复杂飞行器的IVHM仿真研究进行一些有益的探索。

飞行器综合健康管理(Integrated Vehicle Health Management, IVHM)技术是一项通过对飞行器各子系统的故障检测、诊断、评价、预测等综合，进而实现对飞行器健康状况进行综合管理的技术。飞行器控制系统作为飞行器信息处理中心单元，如何研究其自身健康状况，以及如何综合处理它收集到的各子系统信息，对于深入开展IVHM系统研究具有重要意义。本项目就是将IVHM技术与飞行器控制系统相结合，围绕飞行器控制系统的健康状态监测与管理展开的仿真研究。主要的研究内容及成果包括：.（1）研究了基于IVHM层次化结构的飞行控制仿真总体框架。通过对飞行器控制系统组成结构、IVHM指标体系、IVHM层次化建模等关键技术的研究，提出了基于成熟电气设计软件的组件级仿真和基于飞行器控制系统近似响应模型的系统级综合仿真的总体框架。.（2）深入研究了基于IVHM仿真的行为机理协同模型建模方法。该方法首先利用成熟电气设计软件针对飞行器控制系统典型组件开展基于健康状态的电路仿真研究，生成健康仿真数据库；接着，对典型组件的健康仿真数据库进行分析和综合，经过多轮迭代，探索出一种基于健康状态行为描述的组件模型建模方法；以此为基础，进行行为机理协同处理方法的研究，提出了一种飞行器控制系统组件的行为机理协同模型建模方法。该方法实现了包含组件健康状态信息的健康行为建模，既解决了不同仿真平台的接口一致性问题，又为组件任意健康状态的模拟提供了保证。.（3）开展了飞行器控制系统的IVHM仿真方法研究，重点进行了基于健康状态模拟和控制任务调度的仿真技术研究。针对项目组已有的某飞行器控制系统为研究对象，以RLV再入控制问题为仿真背景，开展了RLV飞控系统行为机理仿真模型研究，建立了基于IVHM的飞行器控制系统仿真试验环境；开展了多任务、多种健康状态模拟的飞行控制仿真试验研究，结合组件不同健康模式进行了健康仿真分析和初步评估，进行了基于IVHM的仿真试验体系和方法的探索。