[發(fā)明專利]一種基于故障要素描述的衛(wèi)星控制系統(tǒng)故障識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210519855.6
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN103019227A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設計）人: 王大軼;王南華;劉新彥;郭建新;常建松;李艷華;呂楠;甘永;劉成瑞;邢琰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星控制系統(tǒng)的故障診斷方法。

背景技術

從廣義上講，故障是指產(chǎn)品出現(xiàn)了偏離出設計范圍的工況，導致其輸出或是狀態(tài)不能夠滿足使用要求。從衛(wèi)星控制系統(tǒng)的故障表現(xiàn)上看，故障集中表現(xiàn)為兩個方向：系統(tǒng)故障和部件故障，其中，系統(tǒng)故障由部件發(fā)生故障或由系統(tǒng)設計的缺陷導致系統(tǒng)失控或是技術指標不滿足要求；部件故障是衛(wèi)星失效的主要原因，這涉及到部件設計、使用條件、元器件老化、單粒子事件等多方面的原因，但是最終的表現(xiàn)形式可能較為單一，或者說接口數(shù)據(jù)上的表現(xiàn)形式還無法完整的表述出故障的詳細特征，這種故障原因多樣性和表現(xiàn)形式的單一決定了準確的描述故障較為困難。

目前，針對故障定位的研究主要分為兩大類，第一是基于機理或是在線學習類的方法對系統(tǒng)輸出的特征進行辨識，當相對正常情況有異常表現(xiàn)則定為故障；第二是基于專家系統(tǒng)，通過積累專家對系統(tǒng)或是部件的性能認識，在其主要參數(shù)出現(xiàn)異常時能夠直接判斷出故障形式。比較來說，第一種方法能更全面的解決某一固定系統(tǒng)或是部件的故障判斷，但顯然對系統(tǒng)認知的程度要求較高，對系統(tǒng)原有積累的故障模式也沒有充分利用，且在系統(tǒng)趨向于復雜時會導致故障診斷系統(tǒng)也必須趨向于更高階次，算法的可擴展性較差。第二種方法主要是通過邏輯判斷的方式將故障因果體現(xiàn)出來，診斷系統(tǒng)擴容不會由于系統(tǒng)的復雜而變得過于龐大或是不易實現(xiàn)，但這種方法得到的結(jié)果較為單一，一般僅是給出從故障源到故障發(fā)生點的因果關系，但顯然故障影響可能存在多種可能性。

對衛(wèi)星控制系統(tǒng)的故障診斷要求主要有如下幾個方面：

第一：故障定位方式必須涵蓋系統(tǒng)至元器件所有的層面；

第二：對現(xiàn)有發(fā)生過的故障或是FMEA等方法研究得出的故障模式能夠直接利用，避免浪費原有的可靠性分析工作；

第三：新增故障模式或是刪除已有的故障模式簡單，不影響故障分析的實現(xiàn)方法，計算簡便、穩(wěn)定；

第四：在實現(xiàn)故障定位的同時，還能夠?qū)收宵c進行故障影響分析。

顯然上述兩種現(xiàn)有的故障定位方法已經(jīng)無法滿足對衛(wèi)星控制系統(tǒng)特殊的故障診斷要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術解決問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種衛(wèi)星控制系統(tǒng)故障識別方法，采用故障要素來描述故障的主要特征，基于該特征形成衛(wèi)星控制系統(tǒng)四級故障模式的樹狀結(jié)構(gòu)，通過關聯(lián)關系，實現(xiàn)對故障反應預測和故障源識別等多方面的功能。

本發(fā)明的技術解決方案是：一種基于故障要素描述的衛(wèi)星控制系統(tǒng)故障識別方法，包括如下步驟：

(1)確定描述衛(wèi)星控制系統(tǒng)發(fā)生各種系統(tǒng)故障、部件故障、模塊故障、器件故障時對應的故障特征參數(shù)，故障特征參數(shù)的異常對應故障的發(fā)生；其中系統(tǒng)故障級別最高，部件故障次之，器件故障級別最低；

(2)利用故障特征參數(shù)對已知的衛(wèi)星控制系統(tǒng)的故障模式進行規(guī)范描述，每一種故障模式描述均包括故障名稱、故障環(huán)境、故障源、故障表現(xiàn)、故障影響對象以及影響度；其中，故障源從所屬故障模式對應的故障級別的低一級別的故障中選取，故障影響對象從所屬故障模式對應的故障級別的高一級別的故障中選取，影響度從0～1之間取值，影響度數(shù)值越大表明導致故障影響對象發(fā)生故障的概率越大；

(3)利用規(guī)范描述后的故障模式構(gòu)建故障模式樹，故障模式樹中的每一個交叉點都是衛(wèi)星中的一個系統(tǒng)、部件、模塊或者器件，交叉點采用故障特征參數(shù)組合描述對應多種故障模式，交叉點之間的各連線作為下一級故障源對上一級故障的故障特征參數(shù)的影響通道，影響通道的值為影響度，各影響通道的值寫成矩陣的形式后形成影響度鄰接矩陣；

(4)當故障發(fā)生時，查找故障所在交叉點至與其有聯(lián)系的最低級交叉點的所有影響通道的組合作為故障引入組合，以及故障所在交叉點至與其有聯(lián)系的最高級交叉點的所有影響通道的組合作為故障后果組合，并用鄰接矩陣分別描述故障引入組合以及故障后果組合；

(5)計算故障引入組合中各組合所包含的影響度鄰接矩陣的乘積，結(jié)果矩陣中最大系數(shù)對應的最低級交叉點判斷為引起故障的源頭；計算故障后果組合中各組合所包含的影響度鄰接矩陣的乘積，結(jié)果矩陣中最大系數(shù)對應的上一級交叉點判斷為故障引發(fā)的故障對象。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明方法以故障要素作為描述衛(wèi)星控制分系統(tǒng)故障的手段，通過在描述故障時的核心要素，如故障源、故障現(xiàn)象以及影響度等，實現(xiàn)對故障模式的清晰、有效表達；