[發明專利]一種基于角動量守恒的航天器控制執行機構異常檢測方法在審
| 申請號： | 202010350525.3 | 申請日： | 2020-04-28 |
| 公開（公告）號： | CN111625931A | 公開（公告）日： | 2020-09-04 |
| 發明（設計）人： | 武云麗;林波;沈莎莎;劉瀟翔;郭建新 | 申請（專利權）人： | 北京控制工程研究所 |
| 主分類號： | G06F30/20 | 分類號： | G06F30/20;G01M13/00;G06F111/10 |
| 代理公司： | 中國航天科技專利中心 11009 | 代理人： | 張歡 |
| 地址： | 100080 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 基于 角動量 守恒 航天器 控制 執行機構 異常 檢測 方法 | ||
一種基于角動量守恒的航天器控制執行機構異常檢測方法，適用于多種類型執行機構的航天器。本發明是將執行機構(動量輪、CMG和推力器)產生的力矩均統一描述成角動量形式的數學表達方式，將閉環系統動力學方程以角動量的形式描述，給出在不同類執行機構出現異常狀態時的偏差角動量形式，根據執行機構異常問題的特點，確定了異常檢測判斷的規則，在此基礎上，根據執行機構的安裝與系統異常檢測結果，定位異常的執行機構。方法具有較強的通用性，充分利用實際閉環系統與理論閉環系統給出相關的解析冗余信息，直接對異常執行機構定位，優化了當前型號中動量輪等角動量交換裝置的異常判斷方法，并提升了對推力器異常判斷和定位能力。
技術領域
本發明涉及一種航天器控制執行機構異常檢測方法，屬于衛星故障診斷與容錯控制技術領域。
背景技術
目前型號上均有針對動量輪、CMG異常的診斷方法，但方法各異，其本質均是利用了角動量守恒原理。另外，針對推力器僅有系統級的噴氣頻繁故障判斷，尚未有針對推力器自身的異常檢測和定位。雖然上述執行機構各有特點，但是可以通過構建共同的基礎理論框架將其統一描述，形成一套通用的異常檢測和定位的方法。
在以往設計中，各執行機構故障或異常的檢測判斷和定位方法盡管原理相同，但所涉獵的邏輯較多，內容較為分散，另外，受到星載計算機能力的限制，無法獲得系統中所有的解析冗余信息，判斷多為邏輯條件，而非嚴格的數學條件，這樣很容易出現人為的邏輯失誤。
發明內容
本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種基于角動量守恒的航天器控制執行機構異常檢測方法，提升了對推力器異常判斷和定位能力。
本發明的技術解決方案是：一種基于角動量守恒的航天器控制執行機構異常檢測方法，包括步驟如下：
(1)對于噴氣式推力器，建立角動量異常檢測和定位模型如下：
角動量變化量的理論誤差：
其中，Tcl+、Tcl-分別為推力器產生正向、負向的標稱理論控制力矩，為角動量交換裝置產生的摩擦干擾力矩；
Δtc+、Δtc-分別為Δt時間段內實際系統中推力器正向噴氣脈沖累計時間和負向噴氣脈沖累計時間；
Δtcl+、Δtcl-分別為Δt時間段內仿真模型中正向理論噴氣脈沖累計時間和負向理論噴氣脈沖累計時間；
ω為星體角速度；
ΔHe0＝-ω×HeΔt-(ω-ωl)×HlΔt，真實角動量與理論計算角動量偏差值He＝HI-HIl，HI為星本體角動量，HIl為執行機構標稱輸出狀態下動力學理論計算的星體角動量，ωl為理論角速度。
(2)根據角動量異常檢測和定位模型，定位航天器的異常執行機構，根據判定規則，對推力器異常、角動量交換裝置異常進行相應判斷。
2.1)當推力器存在推力性能下降異常時，有
δHe＝(γ+-1)Tcl+Δtcl++(γ--1)Tcl-Δtcl-；
其中，
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