本文關(guān)鍵詞：衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)故障模式分析與故障診斷研究

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【摘要】：姿態(tài)控制系統(tǒng)是衛(wèi)星最為關(guān)鍵的子系統(tǒng)之一,其可靠性是衛(wèi)星正常運(yùn)行的基本保障,同時由于姿態(tài)控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作環(huán)境惡劣、未知干擾及不確定因素多的特點(diǎn),姿態(tài)控制系統(tǒng)又是衛(wèi)星中最容易發(fā)生故障的分系統(tǒng)之一。在此背景下,本文以衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)作為研究對象,通過分析姿態(tài)控制系統(tǒng)各部件(動量輪、星敏感器、太陽敏感器、紅外地球敏感器)的常見故障與其各自的特征參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系,研究如何依據(jù)遙測信號對衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)可能發(fā)生的故障進(jìn)行有效的診斷。首先,本文詳細(xì)分析了動量輪、星敏感器、太陽敏感器、紅外地球敏感器的結(jié)構(gòu)和工作原理,同時結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)的查閱,歸納總結(jié)出了各個部件的常見故障模式的類別、故障表現(xiàn)及故障原因,為姿態(tài)控制系統(tǒng)的故障診斷奠定了基礎(chǔ)。然后,就所能獲取的衛(wèi)星遙測信號,結(jié)合衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)各部件的工作機(jī)理,本文提出了用于衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的特征參數(shù)。通過對遙測信號的分析,本文驗(yàn)證了所提出的特征參數(shù)的有效性。針對動量輪,本文依據(jù)動量輪各個觀測變量間的物理關(guān)系,在matlab/simulink環(huán)境下建立了動量輪的仿真模型。利用Theil不一致系數(shù)法、灰色關(guān)聯(lián)度法以及頻譜分析法,本文對動量輪仿真模型進(jìn)行了驗(yàn)證,說明了模型的有效性。依據(jù)動量輪不同故障模式的故障機(jī)理,本文對動量輪各個故障模式進(jìn)行了仿真分析,根據(jù)獲得的故障仿真信號,說明了各個故障模式對動量輪觀測變量的影響。同時通過對動量輪故障仿真信號特征參數(shù)的分析,本文得到了動量輪不同故障模式與各個特征參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)動量輪不同故障模式與各個特征參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系,本文利用決策樹方法提取了用于動量輪故障診斷的8條診斷規(guī)則。通過對不同工況下動量輪仿真信號的分析,本文驗(yàn)證了動量輪診斷規(guī)則的有效性。對于姿態(tài)敏感器,本文首先依據(jù)衛(wèi)星的姿態(tài)動力學(xué)、運(yùn)動學(xué)方程以及多敏感器定姿的聯(lián)合卡爾曼濾波方法建立了衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)完整的仿真模型,然后依據(jù)各個敏感器的測量模型得到了衛(wèi)星姿態(tài)敏感器的仿真信號。根據(jù)各個敏感器不同故障模式的故障表現(xiàn),本文對星敏感器、紅外地球敏感器、太陽敏感器進(jìn)行了故障仿真。通過對各個敏感器的故障仿真信號的特征參數(shù)的分析,本文得到了敏感器故障模式與特征參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系,利用決策樹方法,本文提取了用于衛(wèi)星姿態(tài)敏感器故障診斷的19條診斷規(guī)則。通過對不同工況下敏感器仿真信號的分析,本文驗(yàn)證了敏感器診斷規(guī)則的有效性。
【關(guān)鍵詞】：衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng) 故障診斷 遙測信號 故障仿真
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V448.2;V467
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題的研究背景及意義10-11
• 1.2 航天器故障診斷方向國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及分析11-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀對比分析14
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容14-16
• 第2章 姿控系統(tǒng)各部件故障模式與特征參數(shù)分析16-42
• 2.1 引言16
• 2.2 各部件工作原理及常見故障模式分析16-31
• 2.2.1 動量輪工作原理及常見故障模式分析16-20
• 2.2.2 星敏感器工作原理及常見故障模式分析20-24
• 2.2.3 太陽敏感器工作原理及常見故障模式分析24-26
• 2.2.4 紅外地球敏感器工作原理及常見故障模式分析26-31
• 2.3 各部件特征參數(shù)的分析31-41
• 2.3.1 動量輪特征參數(shù)分析31-35
• 2.3.2 姿態(tài)敏感器特征參數(shù)的分析35-41
• 2.4 本章小結(jié)41-42
• 第3章 動量輪故障仿真及診斷規(guī)則的提取42-71
• 3.1 引言42
• 3.2 動量輪仿真模型的建立42-49
• 3.2.1 動量輪仿真模型的搭建42-43
• 3.2.3 動量輪仿真模型的驗(yàn)證43-49
• 3.3 動量輪的故障仿真分析49-62
• 3.3.1 動量輪卡死故障的仿真分析49-51
• 3.3.2 動量輪空轉(zhuǎn)故障的仿真分析51-55
• 3.3.3 動量輪摩擦故障的仿真分析55-57
• 3.3.4 動量輪增益下降故障的仿真分析57-60
• 3.3.5 動量輪跳變故障的仿真分析60-62
• 3.4 動量輪故障診斷規(guī)則的提取62-67
• 3.4.1 決策樹方法簡介62-64
• 3.4.2 基于ID3 算法的動量輪故障診斷規(guī)則的提取64-67
• 3.5 動量輪故障診斷規(guī)則的驗(yàn)證67-70
• 3.6 本章小結(jié)70-71
• 第4章 姿態(tài)敏感器故障仿真及診斷規(guī)則的提取71-105
• 4.1 引言71
• 4.2 衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)仿真模型的建立71-87
• 4.2.1 基于聯(lián)合卡爾曼濾波的衛(wèi)星姿態(tài)的確定72-82
• 4.2.2 衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的仿真模型82-87
• 4.3 姿態(tài)敏感器的故障仿真分析87-98
• 4.3.1 星敏感器卡死故障仿真分析87-90
• 4.3.2 星敏感器偏差故障仿真分析90-92
• 4.3.3 星敏感器噪聲故障仿真分析92-98
• 4.4 姿態(tài)敏感器故障診斷規(guī)則的提取98-100
• 4.5 敏感器故障診斷規(guī)則的驗(yàn)證100-103
• 4.6 本章小結(jié)103-105
• 結(jié)論105-107
• 參考文獻(xiàn)107-111
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文111-113
• 致謝113

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：707331