前言：航空技术的发展，不仅依赖于科学技术水平的不断提高，同时也会受到经济社会和航空航天行业发展需求的影响。控制系统是能够保证飞机平稳运行、提高飞机性能和运行安全的重要航天技术。航空发动机传感器的故障，会对飞机的控制系统运行产生严重的影响。利用模型预测控制的方法，对航空发动机传感器的容错控制进行分析，能够为我国飞机控制系统的优化和研发提供借鉴的经验。
一、传感器主动容错控制方法
（一）航空发动机传感器
在飞机的控制系统中，航空发动机传感器承担着传递交流信号、辅助各种设备控制管理的重要作用。伴随着科学技术的发展，我国应用于飞机控制系统中的航空发动机传感器，以电磁感应式、霍尔效应式和光电效应式三种类型为主。依据不同的飞机型号以及功能用途不同，航空发动机传感器的具体应用类型也不同[1]。现阶段，全权限数字式电子控制器的出现和应用，使得航空发动机传感器的重要性越来越凸显出来。
（二）常见的传感器故障
现阶段用于飞机的控制系统，由于涵盖的电子元件、传感器以及执行器数量比较多，航空发动机传感器在运行中需要保证电子元件以及各种执行器信息传递的及时性，才能够更好的保证飞机控制系统的运行安全。现阶段，航空发动机传感器的常见故障，以硬故障和软故障为主[2]。硬故障主要是指发动机的电路短路、传感器的元件损坏等故障，软故障则主要是指传感器的老化、零点漂移等问题。
（三）传感器容错控制原理
航空发动机传感器发生的故障，不仅会影响到整个控制系统的运行安全，还会直接导致飞机的运行故障，威胁飞机上人们的生命安全。对航空发动机传感器进行容错控制，主要是依据故障诊断单元、监控决策机制、模型预测控制器三个部分，实现对航空发动机传感器容易出现的硬故障和软故障问题进行处理，进而保障控制系统以及整个飞机的运行安全。现阶段用于航空发动机传感器容错控制的方法比较多，鲁棒预测容错控制、基于多模型切换的预测容错控制等方式在实际应用中各有优劣，因而实际的应用情况也不同。
二、基于模型预测控制的航空发动机传感器容错控制具体分析
模型预测控制也是能够用于航空发动机传感器容错控制的方法，与其他容错控制方式相比，这种控制方式能够通过模型的建立来结合传感信号的实际运动轨迹，因而适用范围更广，即使在处理较为复杂的故障时，也能够具有较高的灵活性。在对基于模型预测控制的航空发动机传感器容错控制进行分析时，主要可以从以下几个方面来入手：
（一）模型参数
模型预测控制的原理主要包括三个部分，即预测模型、滚动优化和反馈校正。在利用模型预测控制方法时，模型预测控制器是能够充分发挥作用的主要设备。在建立航空发动机传感器的预测模型之前，首先要依据传感器发生的不同故障来建立发动机的状态空间模型，模型的数据信息主要包括状态量、输出量、控制量、状态矩阵等。依据硬故障和软故障的形成原因不同，利用上述数据信息建立故障的表达式。在建立预测模型时，依据得到的表达式确定离散预测模型。
其次，模型预测控制的反馈校正阶段，主要是为了降低在预测中存在的干扰、部件退化以及非线性等因素对预测结果造成的影响。第三，滚动优化是整个模型预测控制方法的核心，在利用模型预测控制时，滚动优化能够很好的弥补航空发动机传感器在模型失配、数据信息受到干扰而造成的问题。在进行模型预测控制的滚动优化时，要以保证控制系统的稳定性为主要原则，依据模型预测控制的具体目标，利用模型中的数据信息来设计二次目标函数，这个二次目标函数的最优解，就是有效控制航空发动机传感器故障的主要依据和控制前提。
（二）仿真分析
在建立好用于控制航空发动机传感器的模型之后，就要对该模型进行仿真分析。仿真分析的重要前提，是模型参数以及仿真参数的计算和分析。在对模型参数进行计算时，首先要明确用于模型建造的航空发动机传感器型号，并确定好用于模型参数计算的发动机仿真器模型。用于模型参数计算的数据信息，以航空发动机传感器中的风扇转速增量、高压涡轮转速增量、燃油增量以及传感器故障和分布矩阵为主。在计算仿真参数时，则需要以模型预测控制器的运行参数为前提，对航空发动机传感器可能会出现的硬故障和软故障的情况进行仿真模拟，并计算其中发生的参数变化情况。
而在对仿真参数进行分析时，依据模型参数设计的传感器故障幅值、容错与未容错输出对比等曲线图像的划分，对传感器的故障问题进行分析，对发动机的超速问题采取有效的措施进行控制，并计算出依据容错控制修正后的参数曲线变化轨迹，依据轨迹运动变化的图像，对各种可能会影响发动机部件寿命和稳定性的因素进行计算和分析，得出航空发动机故障时是否存在超调量。而由于超调量主要存在于硬故障中，在对仿真参数进行分析时，还要充分考虑到硬故障与软故障发生原因的不同会对分析结果造成的影响。
（三）容错效果影响因素
由于航空发动机传感器的问题会直接影响到控制系统的运行安全，做好传感器的容错控制工作，对保证传感器的正常运行、提高飞机飞行的稳定性具有重要的作用。在应用模型预测控制方法时，对容错效果的影响因素进行分析，是能够更好的实现容错控制效果、提高容错率的重要措施。
故障诊断单元以及模型预测控制器，是影响传感器容错效果最主要的两个因素。在对容错效果的影响因素进行分析之后，就要依据分析的结果来计算出判断容错效果好坏的性能指标，用来为航空发动机传感器的故障诊断提供更加科学的依据。从实质上来说，模型预测控制方法主要是通过调整参考轨迹的方法，实现对故障的检测和容错控制的，对容错影响因素进行分析，能够在有效保证容错控制的效果。
结论：综上所述，做好航空发动机的容错控制，对保障飞机的安全平稳运行具有重要的作用。我国在进行飞机的研发设计中，最为关注的就是各种容易影响飞机运行安全的设备和技术的设计。利用模型预测控制的方法，能够更清晰的模拟出航空发动机传感器在运行中容易产生的故障问题，在对故障演示结果进行分析之后，能够为航空发动机传感器的设计提供更有针对性的建议，进一步优化飞机的安全性能。
参考文献：
[1]白杰,王倩,王伟.基于模型预测控制的航空发动机传感器容错控制[J].科学技术与工程,2019,19(06):278-284.
[2]姜洁. 航空发动机控制系统传感器故障诊断与容错控制[D].南京航空航天大学,2015.
