[發明專利]一種航天器姿態控制系統故障可診斷性定量分析方法

有效

• 申請號: 201810001171.4
• 申請日: 2018-01-02
• 公開（公告）號: CN108181917B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 王炯琦;何敏藩;苗晴;陳彧赟;邢立寧;石建邁;王銳;尹晨;侯博文
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院;佛山市有義家科技有限公司
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05B23/02;G05B17/02
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 王國標

本發明公開了一種航天器姿態控制系統故障可診斷性定量分析方法，包括設置航天器姿態控制系統的離散狀態空間模型，對所述離散狀態空間模型，按照時間序列進行多次采樣和變量重組，得到時間堆積方程；對所述時間堆積方程進行模型歸一化處理，得到系統標準靜態方程；構建航天器姿態控制系統故障的可檢測性量化評價統計模型；構建航天器姿態控制系統故障的可隔離性量化評價統計模型。本發明通過構建航天器姿態控制系統故障的可檢測性量化評價統計模型以及可隔離性量化評價統計模型，實現航天器姿態控制系統故障可診斷性的定量判別，給出故障檢測和隔離的難易程度，提高故障可診斷性辨識能力。本發明用于分析航天器姿態控制系統的故障。

技術領域

本發明涉及航天器技術領域，更具體地說涉及一種航天器姿態控制系統故障分析方法。

背景技術

航天器姿態控制系統承擔著姿態控制、太陽帆板和天線驅動控制任務，是航天器中最重要和最復雜的系統之一。由于承擔任務的重要性，姿態控制系統一旦發生故障，后果十分嚴重，姿態失控將使衛星業務中斷，帆板不能對日，衛星電源不能正常供給，或使推進劑非正常耗盡。航天器姿態控制系統在軌運行質量是影響航天器壽命與可靠性的關鍵因素之一。

為了確保航天器姿態控制系統在軌安全與運行質量，目前已在設計、生產、試驗過程中采取一系列保障措施，從而提高產品的固有可靠性，減少在軌發生故障的概率。但是，由于姿態控制系統是一個涉及多學科、多領域技術的大型復雜系統，又在惡劣復雜的空間環境中長期飛行，加之元器件、原材料和加工水平的限制，在軌飛行中不可避免地會發生各種各樣的故障，使系統健康狀況出現突然的或逐漸的惡化。因此，為了確保航天器姿態控制系統在軌運行質量，還必須提高在軌故障診斷及相應的處理能力，確保在故障發生后，及時檢測到故障，準確定位故障源，并采取有效措施使故障影響降至最低，這是從系統層面克服產品固有可靠性不足，提高航天器姿態控制系統運行可靠性和延長壽命的有效手段。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種航天器姿態控制系統故障可診斷性定量分析方法。

本發明解決其技術問題的解決方案是：

一種航天器姿態控制系統故障可診斷性定量分析方法，包括以下步驟：

步驟1.設置由星敏感器和陀螺組成的航天器姿態控制系統的離散狀態空間模型，對所述離散狀態空間模型，按照時間序列進行多次采樣和變量重組，得到含有姿態測量輸出變量、系統控制輸入變量、系統狀態變量、故障變量、系統過程噪聲、系統測量噪聲的時間堆積方程；

步驟2.對所述時間堆積方程進行模型歸一化處理，得到系統標準靜態方程；

步驟3.對所述系統標準靜態方程，結合故障向量、姿態測量向量、系統控制向量的多元隨機變量分布函數的能量距離，構建航天器姿態控制系統故障的可檢測性量化評價統計模型；

步驟4.對所述系統標準靜態方程，結合不同故障模式下，故障向量、姿態測量向量、系統控制向量分布函數的能量距離，構建航天器姿態控制系統故障的可隔離性量化評價統計模型。

作為上述技術方案的進一步改進，步驟1中所述離散狀態空間模型如表達式1所示，其中x∈R^s是s維的系統狀態變量，y∈R^m是m維的姿態測量輸出變量，u∈R^q是q維的系統控制輸入變量，f∈R^p是p維的故障變量，包括傳感器故障f_s和執行器故障f_a，w∈R^l是l維的系統過程噪聲，v∈R^t是t維的系統測量噪聲；k、k+1為相應的采樣時刻；A、B_u、B_f、B_w、C、D_u、D_f、D_v為對應的系統矩陣。