[發明專利]應用于南極大口徑望遠鏡控制系統的故障診斷方法

有效

• 申請號: 201710190599.3
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN106873577B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 楊世海;許丹丹;李運
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 栗仲平

1.一種應用于南極大口徑望遠鏡控制系統的故障診斷方法，其特征在于，步驟如下：

(1).根據望遠鏡控制系統的參數，利用Matlab中的Simulink仿真工具建立簡化數學模型；

(2).由于是仿真實驗，因此需對控制系統分別注入不同類型的故障，為后期訓練神經網絡提供充足的不同類型故障的數據；

(3).在控制系統不同故障狀態下，分別采集執行器輸出和傳感器輸出的數據；

(4).根據輸入的樣本特征和輸出的樣本特征選取輸入層，隱含層，輸出層的個數；對BP神經網絡進行訓練，并通過檢驗樣本數據驗證神經網絡的檢驗結果；

所述步驟(2)中給控制系統注入不同類型的故障，其中包括望遠鏡執行器恒偏差故障：即望遠鏡執行器的輸出值與正常情況下的輸出值存在固定的偏差；執行器恒偏差的表達式為：

u_iout(t)＝u_iin(t)+△_i (1)

其中，△_i為常數，i＝1,2,3…,m；

望遠鏡執行器恒增益故障：即望遠鏡執行器的輸出以一定的速率偏離其正常的輸出值；執行器恒增益的表達式為：

u_iout(t)＝α_iu_iin(t) (2)

其中，α_i為執行器恒增益變化的比例系數；

望遠鏡執行器卡死故障：即執行器輸出一直處于一個固定值；執行器卡死表達式為：

u_iout(t)＝γ_i (3)

其中，γ_i為常數；

望遠鏡傳感器恒偏差故障：即望遠鏡傳感器的輸出信號與正常情況下的輸出信號存在固定的偏差；傳感器恒偏差的表達式為：

y_iout(t)＝y_iin(t)+△_i (4)

其中△_i為常數，i＝1,2,3…,n；

望遠鏡傳感器恒增益故障：即望遠鏡傳感器的輸出信號以一定的速率偏離其正常的輸出值；傳感器恒增益的表達式為：

y_iout(t)＝β_iy_iin(t) (5)

其中，β_i為傳感器恒增益變化的比例系數；

望遠鏡傳感器卡死故障：即望遠鏡傳感器的輸出信號一直處于一個固定值；傳感器卡死的表達式為：

y_iout(t)＝γ_i (6)

其中，γ_i為常值。

2.根據權利要求1所述的應用于南極大口徑望遠鏡控制系統的故障診斷方法，其特征在于，所述步驟(3)中，在控制系統不同故障狀態下，分別采集上述的執行器輸出和傳感器輸出的數據，由于神經元激勵函數的飽和特性，因此輸入樣本值應保留在[0,1]之間，則對樣本的輸入、輸出均進行最大值歸一化處理，采用如下方法進行歸一化處理；輸入樣本X_k，設原始訓練樣本的最大值為x_imax，x_ik為第i個輸入樣本的值，得到歸一化處理后的樣本數據為：

輸出樣本Y_k，設原始輸出樣本的最大值為y_max，則歸一化處理后的樣本數據表達式為：

3.根據權利要求1所述的應用于南極大口徑望遠鏡控制系統的故障診斷方法，其特征在于，所述步驟(4)中，根據輸入的樣本特征和輸出的樣本特征選取輸入層，隱含層，輸出層的個數；對BP神經網絡進行訓練，并通過檢驗樣本數據驗證神經網絡的檢驗結果。

4.根據權利要求1-3之一所述的應用于南極大口徑望遠鏡控制系統的故障診斷方法，其特征在于，在數據采集過程中，人為地在t＝150s時刻給南極望遠鏡控制系統分別增加執行器故障和傳感器故障，并在t＝150s,155s,160s,170s,180s,190s,200s時采集執行輸出和傳感器輸出，得到數據；對數據進行歸一化處理；同時采集測試樣本的數據，對其進行歸一化處理。

5.根據權利要求4所述的應用于南極大口徑望遠鏡控制系統的故障診斷方法，其特征在于，所述步驟(2)-步驟(4)中，根據采集樣本，選取神經網絡的輸入層節點為14，分別代表每個輸入樣本的14個特征量，輸出節點為6，分別代表6種故障類型；選取訓練次數為50000，訓練目標為0.0001，學習速率為0.01，經過50000次學習誤差平方和小于0.0001，得到訓練網絡層圖、BP網絡訓練結果圖以及測試樣本的結果值和誤差值的對比圖，結果表明該BP神經網絡能完成故障的分類。