互联系统故障可恢复性和最优容错控制及其飞控应用技术研究

This project is based on fault tolerant formation control problem of quad-rotor UAVs, and researches the fault recoverability evaluation and optimal fault tolerant control methods of interconnected nonlinear systems. The project aims at deeply combining controllability theory, optimal control theory, nonlinear differential game theory and fault tolerant control theory to establish a novel fault recoverability evaluation and optimal fault tolerant control scheme.. A class of quad-rotor UAVs with various faults are systematically researched. Based on the proposed interconnected system approaches and the dynamic characteristics of UAVs, a new optimal fault tolerant control framework as well as its semi-physical simulation platform are provided. This makes the project have the important academic value and practical meaning.

本项目以四旋翼无人机的容错编队控制问题为背景，研究一类非线性互联系统的可恢复性评价和最优容错控制方法。着力于将非线性系统能控性理论、最优控制理论、非线性微分对策理论与容错控制理论深入结合，提出一套新颖的非线性互联系统的可重构性评价机制和最优容错控制方案。. 本项目系统研究四旋翼无人机及编队的各类故障，并将所提出的互联系统方法与单体四旋翼无人机的动力学特性以及编队特性结合，进而建立一套四旋翼无人机编队的最优容错控制框架，并研制半物理仿真平台，使得研究具有重要的学术价值和实际意义。

本项目以集群飞行器的容错编队控制问题为背景，针对非线性切换和互联系统问题开展了可恢复性评价、控制、优化与容错新方法的研究。建立了非线性切换互联系统的能控性和可恢复性条件，首次建立了互联系统的“指数小增益原理”，进而提出了基于“互联系统分离原理”的分散式故障诊断和容错控制方法；基于神经网络和自适应技术，构造了分布式快速自适应故障估计算法，显著改善了互联系统故障估计的快速性；建立了基于两层博弈框架的非线性互联系统分布式最优容错控制方案；并深入研究了互联系统主动容错控制及其在单体飞行器和多飞行器紧密编队系统中的应用，部分理论研究成果已开发容错控制软件，并研制了仿真平台，使得研究具有重要的学术价值和实际意义。. 在该基金的资助下，我们发表了SCI检索论文69篇,国内重点核心期刊论文5篇，项目负责人以第一完成人获批国家自然科学二等奖和江苏省科技奖一等奖，被评为IEEE Fellow、项目负责人所指导的博士生在该项目期间分别获得国家优青、江苏省特聘教授、江苏省杰青、中国自动化学会优博等荣誉。