基于监督控制理论的多旋翼飞行器故障安全机制设计

为了处理多旋翼飞行器在飞行前或飞行中出现的不良故障，针对半自主控制模式提出了一种基于监督控制理论的故障安全机制设计方法。故障安全机制是一种控制逻辑，它通过考虑来自制导、姿态控制、故障诊断以及其他底层子系统的实时信息，来指导多旋翼飞行器应采取的后续动作。为了设计多旋翼飞行器的故障安全机制，引入了多旋翼飞行器的安全问题。随后，以文本形式描述了包括功能需求和安全需求的用户需求，其中功能需求确定了通用的多旋翼飞行器被控对象，而安全需求涵盖了处理上述安全问题的故障安全措施。为了通过离散事件系统对用户需求进行建模，定义了若干多旋翼飞行器模式和事件。在此基础上，利用自动机对多旋翼飞行器被控对象和控制规范进行建模。然后，通过单片监督控制理论综合出监督器。此外，我们给出了三个示例来展示由于控制规范设计不当而导致的潜在阻塞现象。同时，我们讨论了正确性的含义以及所得监督器的性质。这使得故障安全机制具有令人信服的正确性和有效性。最后，基于TCT软件生成的所得监督控制器，提出了一种适用于多旋翼飞行器的实现方法，其中监督控制器被转换为决策代码。