摘要：无人机已经在工业和民用等方面广泛的应用，无人机的技术在全世界发展十分迅速，尤其是小型旋翼无人机。然而，在空中无人机若发生故障，经常会给多方面造成损失，因此无人机的容错控制设计迫在眉睫。

本文针对小型旋翼无人机进行了容错控制设计，以提高小型旋翼无人机的安全可靠程度。设计包括传感器、执行器以及控制器的容错控制设计，对其中的原理展开分析，并且与非容错的系统比较。

本文通过观察小型旋翼无人机的特性，了解了各种可能出现的故障，并对其中的故障的模型做了系统的建模，对传感器采用物理余度的方法进行容错设计，并进行一定的简化以方便工程实现。对于控制器，通过选择具有看门狗设计与电源监控设计的微控制器，结合软件功能实现故障检测与隔离。对执行器即旋翼部分采用基于模型的故障检测方法来进行故障检测，并结合多模式切换的控制律设计，实现执行机构故障的容错控制。本文建立了小型旋翼无人机的详细模型，然后完成了控制算法设计。重点对旋翼控制的故障进行了故障模式的分析。实现了模式切换控制律设计与仿真。

关键词：小型旋翼无人机，容错控制，多模式切换

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论-1

1.1 选题依据与意义-1

1.2国内外研究现状-1

1.2.1无人机简介-1

1.2.2无人机控制系统发展-4

1.2.3无人机容错控制-5

1.3主要研究内容-6

1.4章节安排-6

第二章 系统方案设计-8

2.1控制系统需求分析-8

2.1.1系统功能需求-8

2.1.2安全可靠程度需求分析-8

2.2系统方案设计-9

2.3本章小结-10

第三章 容错控制系统构架设计-10

3.1系统容错方案-11

3.2传感器的故障检测并隔离-12

3.3驱动器的故障检测及其隔离-14

3.4系统安全可靠程度分析-15

3.4.1普通无人机系统安全可靠程度基本模型-15

3.4.2容错控制安全可靠程度模型-15

3.4.3驱动器故障模式分析-16

3.4.4驱动器安全可靠程度分析-18

3.4.5安全可靠程度对比-18

3.5本章小结-19

第四章 容错控制方法与仿真-19

4.1系统建模-20

4.1.1坐标系-20

4.1.2机体运动模型-21

4.2容错控制设计-21

4.2.1普通控制设计-21

4.2.2控制重构与控制分配-24

4.3本章小结-26

第五章 系统测试-26

5.1测试安排-27

5.2测试方法及其结果-27

5.2.1模块测试-27

5.2.2软件测试-29

5.2.3系统集成测试-31

5.3本章总结-32

第六章 结论-32

6.1研究成果-33

6.2未来工作展望-33

致 谢-33

参考文献-34