[發(fā)明專利]一種基于改進有向圖的航天器綜合性健康管理方法

有效

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• 申請日: 2014-10-31
• 公開（公告）號: CN104408230A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發(fā)明（設計）人: 伊國興;南熠;奚伯齊;康志宇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

技術領域

本發(fā)明涉及航天器綜合性健康管理方法。

背景技術

隨著航天領域的不斷發(fā)展，太空技術應用日趨廣泛，航天器使人類的活動范圍從地球大氣層內擴展到無限的宇宙空間，成為人類認識和探索宇宙空間的重要工具。同時，其推動著相關學科的發(fā)展，促進新技術的產生與應用，在經濟、軍事和科技的發(fā)展方面都產生了巨大的影響。在航天技術不斷取得成就的同時，也面臨著很大的難度，因為(1)航天器是一個大型、復雜的系統，無法對航天器所有子系統建立精確的數學模型，無法使用基于解析模型的方法對航天器整體進行健康管理；(2)每個航天器在軌運行的數據都會因為所用元器件的差別和運行環(huán)境的不同而產生很大的差別，也就無法在航天器發(fā)射之前利用歷史數據對其進行健康管理；(3)當航天器子系統更換、添加某一個或幾個元器件時，可能需要對航天器子系統的健康管理模型進行大量修改甚至重新建立；(4)已有的健康管理算法具有偏重性，或偏重故障診斷或故障預測或健康評估，若要對航天器進行綜合健康管理，則可能要利用多種算法，而算法間的結合效果不好，使得健康管理效率降低；(5)已有的健康管理系統，大多只完成小型系統或分系統級別的健康管理，有少數能針對整個航天器進行健康管理，而未提出針對航天器在軌飛行任務的健康管理，以評估航天器當前狀態(tài)對完成飛行任務的影響。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為了解決(1)現有航天器無法對航天器所有子系統建立精確的數學模型，無法使用基于解析模型的方法對航天器整體進行健康管理的問題；(2)現有航天器無法在航天器發(fā)射之前利用歷史數據對其進行健康管理的問題；(3)現有航天器子系統需要對航天器子系統的健康管理模型進行大量修改甚至重新建立的問題；(4)現有方法健康管理效率降低的問題；(5)以及現有健康管理系統未提出針對航天器在軌飛行任務的健康管理，以評估航天器當前狀態(tài)對完成飛行任務的影響的問題。而提出了一種基于改進有向圖的航天器綜合性健康管理方法。

上述的發(fā)明目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于改進有向圖的航天器綜合性健康管理方法，其特征在于：一種基于改進有向圖的航天器綜合性健康管理方法具體是按照以下步驟進行的：

步驟一、建立航天器系統有向圖模型；

1)建立航天器各分系統的符號有向圖；

2)建立航天器各分系統的故障傳播有向圖；

3)建立整個航天器系統的分層分模塊有向圖；

步驟二、航天器在軌飛行時，利用上述有向圖模型和航天器機載傳感器的測量數據進行綜合健康管理，具體步驟如下：

1)當航天器機載傳感器的測量數據超出對應節(jié)點的正常范圍時進行故障報警，并計算故障程度，每個節(jié)點的正常范圍根據系統精度的要求給出，如控制姿態(tài)角的偏差不大于±1°；

2)當出現故障報警信號時，利用系統采集的測量數據自主進行故障診斷；

3)利用故障診斷所得的故障源信息自主進行故障修復和故障預測，如切換備用元件，并利用故障源信息自主進行故障預測；

4)根據故障診斷和故障預測的結果，自主進行健康評估。

發(fā)明效果：

采用本發(fā)明的一種基于改進有向圖的航天器綜合性健康管理方法，(1)本發(fā)明使用的方法為基于定性模型的方法，不需要建立航天器系統的精確數學模型；(2)本發(fā)明使用的方法不需要航天器系統的歷史數據來建立模型，僅需要根據航天器系統中節(jié)點間的關系來建立系統模型；(3)本發(fā)明建立的系統模型為分層分模塊有向圖模型，對其中的每個模塊或模塊中的每個階段都可以單獨進行修改或擴展，而不會影響其他的模塊或節(jié)點；所以當航天器中的某個元器件更換后，對應有向圖也僅需要修改該元器件對應的節(jié)點或模塊，無需對整個有向圖進行修改；(4)本發(fā)明建立的系統模型結合了用于故障診斷的符號有向圖，和用于故障預測的故障傳遞有向圖；由于故障傳遞有向圖可以通過符號有向圖簡化獲得，且故障診斷時需要逆向推理，故障預測僅需正向推測，所以分層分模塊有向圖的存儲不需要兩倍于符號有向圖模型的存儲空間，故障診斷所得到的信息會100％被利用到故障預測及健康評估中；每個節(jié)點存儲的信息中有50％同時用在故障診斷和故障預測中，信息的利用率提高了15％；(5)本發(fā)明建立的系統模型，能夠根據航天器在軌飛行任務的不同，修改飛行任務與航天器各分系統模塊之間的影響關系，從而能夠根據各分系統的故障診斷、故障預測結果來評估航天器飛行任務的健康程度，即評估航天器當前狀態(tài)對完成飛行任務的影響。