第2卷第2期 智能系统学报 Vol.2 Na 2 2007年4月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Apr.2007 旋翼飞行机器人故障诊断与容错控制技术综述 齐俊桐2韩建达 (1.中国科学院沈阳自动化研究所机器人学重点实验室，辽宁沈阳110016：2.中国科学院研究生院，北京100049) 摘要：对故障诊断和容错技术的发展过程进行了简要概述，以旋翼飞行机器人为研究对象，在分析了旋翼飞行机 器人故障诊断与容错控制特点的基础上，介绍了当前国内外在该领域的研究进展和主要方法.最后，总结了该领域 待解决的难点问题，并指出了该研究领域的发展趋势。 关键词：旋翼飞行机器人；故障检测；故障诊断：容错控制 中图分类号：TP302.8文献标识码：A文章编号：16734785(2007)02-0031-09 Fault diagnosis and fault-tolerant control of rotorcraft flying robots a survey QI Jun-tong'2,HAN Jiamda' (1.Robotics Laboratory,Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Sciences,Shenyang 110016,China;2.Gradu ate University of the Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China) Abstract:In this paper,a survey of fault detection and diagnosis (FDD)and fault-tolerant control (FTC) technology for rotorcraft flying robots (RFRs)is presented.The present status of fault diagnosis and fault-tolerant technology is introduced based on analysis of some main features of this technology for RFRs.Research progress and significant approaches for FDD and FTC of RFRs are summarized.Finally, the main difficulties,challenges and future development in this research field are presented. Key words :rotorcraft flying robots;fault detection;fault diagnosis;fault-tolerant control 飞行机器人随着自主控制技术的发展，已经开动等多种扰动，其机械部件和控制系统极易出现故 始在世界各地展开了广泛的研究.旋翼飞行机器人障如果故障不能被有效检测出来或者在有限的控 更具有固定翼飞行机器人所不具备的很多优势，具 制周期内没有及时对控制器进行处理，旋翼飞行机 有独特的飞行性能和使用价值.其无人员伤亡、体积器人就会因其静不稳定的特点失去控制，导致重大 小、造价低、战场生存能力强：在军用方面，旋翼飞的损失甚至地面人员伤亡.由此，对于旋翼飞行机器 行机器人既能执行各种非杀伤性任务，又能执行各 人的故障诊断与容错控制技术的研究就成为了提高 种软硬杀伤性任务，包括侦察、监视、目标截获、诱 其安全性和可靠性的迫切研究任务.美国国防部的 饵、攻击通信中继等；在民用方面，旋翼飞行机器 报告)就曾指出“提高无人机的可靠性是当前以至 人在航拍、大气监测、交通监控、资源勘探、电力巡 今后确保他们成功的最重要因素”，强调了自修复的 检、森林防火、农业等方面具有广泛的应用前景.因 智能飞行系统是整个先进飞行机器人自主控制的关 此旋翼飞行机器人的研制对我国的军事以及民用领 键一步. 域都具有重大的意义 所谓容错控制系统，就是具有冗余能力的控制 旋翼飞行机器人是一种稳定性差、不易控制的 系统，即在某些部件发生故障的情况下，系统仍能按 飞行器，具有多变量、非线性耦合、柔性结构等多种 原定性能指标或性能指标略有降低、安全地完成任 动力学特性山，在飞行过程中会遇到风扰、发动机振 务.控制系统的故障诊断技术既是一门独立发展的 收稿日期：20061019. 技术，也是容错控制重要支柱之一，国内外主要的故 基金项目：863国家高技术研究发展计划资助项目(2003AA421020) 障诊断方法有基于知识的方法、基于解析模型的方 1994-2008 China Academie Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net第 2 卷第 2 期 智 能 系 统 学 报 Vol. 2 №. 2 2007 年 4 月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Apr. 2007 旋翼飞行机器人故障诊断与容错控制技术综述 齐俊桐1 ,2 ,韩建达1 (1. 中国科学院沈阳自动化研究所 机器人学重点实验室 ,辽宁 沈阳 110016 ;2. 中国科学院 研究生院 ,北京 100049) 摘 要 :对故障诊断和容错技术的发展过程进行了简要概述 ,以旋翼飞行机器人为研究对象 ,在分析了旋翼飞行机 器人故障诊断与容错控制特点的基础上 ,介绍了当前国内外在该领域的研究进展和主要方法. 最后 ,总结了该领域 待解决的难点问题 ,并指出了该研究领域的发展趋势. 关键词 :旋翼飞行机器人 ;故障检测 ;故障诊断 ;容错控制 中图分类号 : TP30218 文献标识码 :A 文章编号 :167324785 (2007) 0220031209 Fault diagnosis and fault2tolerant control of rotorcraft flying robots : a survey QI J un2tong 1 ,2 , HAN Jian2da 1 (1. Robotics Laboratory , Shenyang Institute of Automation , Chinese Academy of Sciences , Shenyang 110016 , China ;2. Gradu2 ate University of the Chinese Academy of Sciences , Beijing 100049 , China) Abstract :In t his paper , a survey of fault detection and diagnosis (FDD) and fault2tolerant control (F TC) technology for rotorcraft flying robots ( RFRs) is presented. The present stat us of fault diagnosis and fault2tolerant technology is introduced based on analysis of some main features of t his technology for RFRs. Research progress and significant approaches for FDD and FTC of RFRs are summarized. Finally , t he main difficulties , challenges and f ut ure development in t his research field are presented. Keywords :rotorcraft flying robots; fault detection ; fault diagnosis ; fault2tolerant control 收稿日期 :2006210219. 基金项目 :863 国家高技术研究发展计划资助项目(2003AA421020) . 飞行机器人随着自主控制技术的发展 ,已经开 始在世界各地展开了广泛的研究. 旋翼飞行机器人 更具有固定翼飞行机器人所不具备的很多优势 ,具 有独特的飞行性能和使用价值. 其无人员伤亡、体积 小、造价低、战场生存能力强 ;在军用方面 , 旋翼飞 行机器人既能执行各种非杀伤性任务 , 又能执行各 种软硬杀伤性任务 ,包括侦察、监视、目标截获、诱 饵、攻击、通信中继等 ;在民用方面 , 旋翼飞行机器 人在航拍、大气监测、交通监控、资源勘探、电力巡 检、森林防火、农业等方面具有广泛的应用前景. 因 此旋翼飞行机器人的研制对我国的军事以及民用领 域都具有重大的意义. 旋翼飞行机器人是一种稳定性差、不易控制的 飞行器 ,具有多变量、非线性耦合、柔性结构等多种 动力学特性[1 ] ,在飞行过程中会遇到风扰、发动机振 动等多种扰动 ,其机械部件和控制系统极易出现故 障 ,如果故障不能被有效检测出来或者在有限的控 制周期内没有及时对控制器进行处理 ,旋翼飞行机 器人就会因其静不稳定的特点失去控制 ,导致重大 的损失甚至地面人员伤亡. 由此 ,对于旋翼飞行机器 人的故障诊断与容错控制技术的研究就成为了提高 其安全性和可靠性的迫切研究任务. 美国国防部的 报告[2 ]就曾指出“提高无人机的可靠性是当前以至 今后确保他们成功的最重要因素”,强调了自修复的 智能飞行系统是整个先进飞行机器人自主控制的关 键一步. 所谓容错控制系统 ,就是具有冗余能力的控制 系统 ,即在某些部件发生故障的情况下 ,系统仍能按 原定性能指标或性能指标略有降低、安全地完成任 务. 控制系统的故障诊断技术既是一门独立发展的 技术 ,也是容错控制重要支柱之一 ,国内外主要的故 障诊断方法有基于知识的方法、基于解析模型的方