四旋翼无人机执行器可重构性量化评价方法研究

申富媛，李炜，*

（1.兰州理工大学 电气工程与信息工程学院，兰州730050；2.兰州理工大学 甘肃省工业过程先进控制重点实验室，兰州730050；3.兰州理工大学 电气与控制工程国家级实验教学示范中心，兰州730050）

近年来，在军用和民用领域有着大量应用的四旋翼无人机（quadrotors Unmanned Aerial Vehicle，quadrotor UAV）引起了学术界的广泛关注［1-2］。随着对系统安全性的要求越来越高，容错控制在各领域取得了大量可喜的研究成果［3-7］。Quadrotor UAV机体价格较便宜，但是随机携带的检测设备通常价格高昂，且无人机在执行任务时，尤其是航空、救援等领域，要求具有高可靠和安全性。一旦无人机的部件发生故障，不仅会使系统性能下降，还有可能带来不可预估的人员伤亡和经济损失［8］。1982年，美国航空航天局（NASA）提出了可重构性概念，描述了故障系统的自主恢复能力［9］。对于实际系统，并非任何故障都可以通过容错控制的方法得以补偿，如若故障后系统的可重构性已很低，还继续采用重构补偿的方式就可能错失最佳决策时间，引发灾难性事件的发生。因此，对于故障系统，若能够及时准确地对系统可重构性做出评价，不仅可降低重构失败和不可重构的概率，更重要的是能够提高系统安全性，避免故障下发生不可挽回的损失。

可重构性描述的是故障系统的自主恢复能力，可重构性评价则是利用理论判据和数学描述，判断系统重构能力的有无或大小。目前，对于系统可重构性评价的方法主要包括：基于系统固有特性的Gramian矩阵评价方法［10-12］、模态能控度评价方法［13］和状态范数能控度评价方法［14-15］。……