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本章以三自由度双旋翼直升机为研究对象，以状态观测器技术为基础研究了三自由度双旋翼直升机在发生执行器故障时的故障诊断方法。
首先，简单介绍了纵列式双旋翼直升机的结构特点和操纵原理，描述了三自由度双旋翼直升机仿真平台软硬件组成，建立了它的线性和非线性数学模型，然后分析其线性模型的开环特性，为基于观测器的故障诊断方法提供数学模型。
其次，基于自适应观测器设计了一种针对线性系统多执行器卡死故障的诊断方案，提出了一种基于鲁棒H ∞ 性能指标设计的鲁棒快速自适应故障估计算法，并在此故障估计算法基础上引入多模型故障检测方法使得系统发生多执行器卡死故障时能够达到故障估计和定位的目的。
针对满足 Lipschitz 条件的仿射非线性系统设计了一个基于自适应滑模观测器的故障诊断方法，该方法在系统执行器发生时变故障时，依然能保证误差系统的稳定和故障估计误差趋于一个很小的范围；进而考虑当非线性系统不满足观测器匹配条件时，基于微分几何的知识通过构造辅助输出的方法来设计故障诊断方法。
最后，将本章提出的故障诊断方法应用于三自由度双旋翼直升机半物理仿真平台，针对三自由度双旋翼直升机控制系统模型，设计故障诊断模块，数字仿真和半物理仿真都表明提出的方法是可行有效的。