[發(fā)明專利]應(yīng)用于南極大口徑望遠鏡控制系統(tǒng)的故障診斷方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710190599.3
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN106873577B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊世海;許丹丹;李運
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院國家天文臺南京天文光學(xué)技術(shù)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(wù)所 32230
• 代理人: 栗仲平

應(yīng)用于南極大口徑望遠鏡控制系統(tǒng)的故障診斷方法：(1).根據(jù)望遠鏡控制系統(tǒng)的參數(shù)利用Matlab中的Simulink仿真工具建立簡化數(shù)學(xué)模型；(2).對控制系統(tǒng)分別注入不同類型的故障，為后期訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供充足的不同類型故障的數(shù)據(jù)；(3).在控制系統(tǒng)不同故障狀態(tài)下分別采集上述的執(zhí)行器輸出和傳感器輸出的數(shù)據(jù)；(4).根據(jù)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(shù)；對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，并通過檢驗樣本數(shù)據(jù)驗證神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的檢驗結(jié)果。本發(fā)明能夠準(zhǔn)確診斷出南極望遠鏡的故障，為后期的故障解決的方案提供充足的依據(jù)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本方法實現(xiàn)簡單，有較好的應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種天文望遠鏡控制系統(tǒng)的故障診斷方法，具體涉及一種應(yīng)用于南極大口徑望遠鏡控制系統(tǒng)的故障診斷方法，該方法可以準(zhǔn)確診斷出南極天文望遠鏡的故障，有利于后期解決方案的實施。

本發(fā)明是國家自然科學(xué)基金面上項目“南極大口徑望遠鏡潛隱故障預(yù)警及無縫智能自愈策略的研究”的成果。

背景技術(shù)

天文望遠鏡控制系統(tǒng)的故障診斷，其核心功能是實現(xiàn)故障的分類，有利于后期故障解決方案的實施。傳統(tǒng)望遠鏡通常采用頻譜分析的方法來實現(xiàn)控制系統(tǒng)的故障診斷，有效地提取信號的頻率特征，但適用于頻率較高的場合。

近年來，南極內(nèi)陸正在成為開展天文科學(xué)研究的重要臺址。其中海拔高達4093米的南極冰穹A(Dome A)是地球上進行天文觀測的最佳站址之一。首先，南極的極夜現(xiàn)象提供了連續(xù)數(shù)月不間斷觀測的可能。其次，該地區(qū)大氣稀薄，風(fēng)速極低，視寧度極佳，有效降低了大氣湍流造成的望遠鏡成像模糊、抖動等。此外，該地區(qū)幾乎不受人工光源的影響，觀測質(zhì)量較高。中國在2011～2012年第28次南極科考期間，成功安裝第一臺全自動的南極巡天望遠鏡 (AST3-1)，在2016～2017年第33次南極科考期間，完成了第二臺南極巡天望遠鏡(AST3-2)和能源支撐平臺PLATO-A的維護，更新了AST3運控數(shù)據(jù)系統(tǒng)和天文臺址監(jiān)測自動氣象站。

雖然南極擁有極佳的觀測條件，但在高寒、低氣壓的條件下，對電子元件、系統(tǒng)和器件的正常使用都是一種嚴峻的考驗，導(dǎo)致南極望遠鏡會出現(xiàn)不同程度和不同類型的故障，如執(zhí)行器故障、控制器故障、傳感器故障等，導(dǎo)致望遠鏡不能正常工作。能夠準(zhǔn)確診斷出南極天文望遠鏡的故障，有利于后期解決方案的實施。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對頻譜分析法診斷故障的不足，提供一種應(yīng)用于南極大口徑望遠鏡控制系統(tǒng)故障診斷的方法，該方法能夠準(zhǔn)確診斷出某類故障，有利于后期故障解決方案的實施，提高系統(tǒng)的可靠性。

完成上述發(fā)明任務(wù)的技術(shù)方案是：一種應(yīng)用于南極大口徑望遠鏡控制系統(tǒng)的故障診斷方法，其特征在于，步驟如下：

(1).根據(jù)望遠鏡控制系統(tǒng)的參數(shù)，利用Matlab中的Simulink仿真工具建立簡化數(shù)學(xué)模型；

(2).由于是仿真實驗，因此需對控制系統(tǒng)分別注入不同類型的故障，為后期訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供充足的不同類型故障的數(shù)據(jù)；

(3).在控制系統(tǒng)不同故障狀態(tài)下，分別采集上述的執(zhí)行器輸出和傳感器輸出的數(shù)據(jù)；

(4).根據(jù)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(shù)。對BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，并通過檢驗樣本數(shù)據(jù)驗證神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的檢驗結(jié)果。

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

u_iout(t)＝u_iin(t)+Δ_i (1)

其中，Δ_i為常數(shù)，i＝1,2,3…,m。