本文關(guān)鍵詞：衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的混合故障診斷方法研究

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【摘要】：衛(wèi)星是一類重要的航天器,它需要具備較高的可靠性以確保順利完成空間任務(wù)。由于太空環(huán)境復(fù)雜,衛(wèi)星不可避免的發(fā)生某些故障,尤其是衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng),它是確保衛(wèi)星在軌安全運(yùn)行的重要分系統(tǒng)。姿態(tài)控制系統(tǒng)的故障通常會(huì)引起嚴(yán)重的后果,如衛(wèi)星失效、甚至災(zāi)難事故。故障診斷技術(shù)為提高系統(tǒng)安全性和可靠性提供了一條有效途徑,受到航天技術(shù)人員和學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文正是在這一背景下,以衛(wèi)星姿控系統(tǒng)為主要對(duì)象,對(duì)其故障診斷問(wèn)題進(jìn)行了研究。主要的研究?jī)?nèi)容及成果如下:針對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和敏感器機(jī)構(gòu)的故障隔離問(wèn)題,提出了基于多解析模型的故障隔離方法。根據(jù)衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)子系統(tǒng)間存在的結(jié)構(gòu)冗余關(guān)系,設(shè)計(jì)了兩層的故障診斷策略:故障初步檢測(cè)和故障具體隔離。所提出的方法能夠?qū)崿F(xiàn)衛(wèi)星姿控系統(tǒng)不同機(jī)構(gòu)(執(zhí)行器、速率陀螺、星敏感器)的故障定位。故障初步檢測(cè)階段設(shè)計(jì)了兩個(gè)故障檢測(cè)觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)故障機(jī)構(gòu)的初步判定;故障具體隔離階段設(shè)計(jì)了兩組故障隔離觀測(cè)器,它們根據(jù)檢測(cè)觀測(cè)器的檢測(cè)結(jié)果選擇性啟動(dòng),實(shí)現(xiàn)具體故障的定位。由于實(shí)際系統(tǒng)不可避免的存在不確定性、擾動(dòng)和噪聲,傳統(tǒng)的基于解析模型方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)于微小故障的檢測(cè)。在這種情況下,研究了基于模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的故障檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星姿控系統(tǒng)執(zhí)行器微小故障的檢測(cè)。該方法擴(kuò)展了基于解析模型的故障診斷方法,并結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模技術(shù)以增強(qiáng)診斷系統(tǒng)的檢測(cè)能力。其基本思想為設(shè)計(jì)診斷觀測(cè)器解耦可能的擾動(dòng)并隔離故障,然后借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)一步減少未解耦不確定性的影響。該方法由兩部分構(gòu)成,其一為基于觀測(cè)器的名義模型設(shè)計(jì),其二為基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)償模型構(gòu)建。根據(jù)所給出的檢測(cè)邏輯,該方法可以有效的實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器微小故障的檢測(cè)。傳統(tǒng)的基于解析模型的故障診斷方法不具備故障辨識(shí)的能力,同時(shí),廣泛應(yīng)用的專家系統(tǒng)也面臨著診斷規(guī)則獲取困難的問(wèn)題。為此,研究了基于殘差分析的故障辨識(shí)方法,通過(guò)離線提取的診斷規(guī)則實(shí)現(xiàn)在線的故障辨識(shí)。由于基于解析模型方法所生成的殘差是與系統(tǒng)初始狀態(tài)和控制輸入無(wú)關(guān)的,所以殘差表達(dá)了故障的影響�；跉埐罘治龅墓收媳孀R(shí)方法通過(guò)對(duì)殘差的進(jìn)一步分析和處理,獲得表征故障信息的殘差特征量及其屬性,然后采用粗糙集理論約簡(jiǎn)無(wú)關(guān)屬性,最終提取得到針對(duì)不同類型故障的診斷規(guī)則。本文將該方法應(yīng)用于衛(wèi)星姿控系統(tǒng),提取了辨識(shí)執(zhí)行器三類故障的診斷規(guī)則,驗(yàn)證了方法的有效性。故障估計(jì)為主動(dòng)容錯(cuò)控制技術(shù)提供了必要的故障信息,近年來(lái)得到了廣泛研究。傳統(tǒng)的故障估計(jì)方法較為保守,一般假定故障是常值或緩慢變化的,僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)于常值故障的無(wú)偏估計(jì)。為此,提出一種新的基于非線性增廣觀測(cè)器的故障估計(jì)方法,借助高階的故障預(yù)定義信息,實(shí)現(xiàn)對(duì)于衛(wèi)星執(zhí)行器故障的精確估計(jì),并與傳統(tǒng)方法對(duì)比驗(yàn)證了所提方法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V448.22

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 Richard Jensen;;Rough Sets,Their Extensions and Applications[J];International Journal of Automation & Computing;2007年03期

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本文編號(hào)：1307687