[發明專利]一種航天器控制系統在軌穩定運行能力構建方法

有效

• 申請號: 202010700657.4
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111913469B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 袁利;蔣慶華;王淑一;宗紅;劉瀟翔;劉羽白
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張麗娜

本發明涉及一種航天器控制系統在軌穩定運行能力構建方法，可用于控制系統地面研制和在軌飛行全生命周期，其設計方法廣泛適用于高中低軌道衛星和飛船、空間站、深空探測器等航天器，以提升航天器全生命周期的魯棒性為目標，提出以數據保護能力、數據剔野能力、異常檢測能力、軟故障自恢復能力、硬故障自重構能力、欠配置運行能力共計“六個能力”為支撐的航天器控制系統在軌穩定運行能力構建方法，在控制系統方案設計和技術設計中遵照該方法可使航天器姿態及工作模式維持于穩定、連續狀態。

技術領域

本發明涉及一種航天器控制系統在軌穩定運行能力構建方法，可用于控制系統地面研制和在軌飛行全生命周期，其設計方法廣泛適用于高中低軌道衛星和飛船、空間站、深空探測器等航天器，以提升航天器全生命周期的魯棒性為目標，提出以數據保護能力、數據剔野能力、異常檢測能力、軟故障自恢復能力、硬故障自重構能力、欠配置運行能力共計“六個能力”為支撐的航天器控制系統在軌穩定運行能力構建方法，在控制系統方案設計和技術設計中遵照該方法可使航天器姿態及工作模式維持于穩定、連續狀態。

背景技術

控制系統是航天器的關鍵分系統。控制系統的穩定運行能力決定了航天器的最終壽命以及航天器在軌任務執行的連續性，是提升用戶滿意度的重要指標。太空環境的復雜性和特殊性使得衛星在軌運行難免受到外界干擾，衛星自身部件在長期運行過程中也難免發生故障，由于工作條件的特殊性，故障檢測、隔離和恢復都比地面系統要間接和困難。控制系統穩定運行能力的構建，以“一重故障不影響航天器業務連續、二重故障不影響航天器安全”為出發點，是魯棒性、裕度充分性和系統容錯能力的重要體現，是控制系統地面研制和在軌飛行全生命周期設計的重要工作內容。

截至2020年初，我國在軌衛星已在400顆量級，實際有效運行衛星也在300顆量級，為確保衛星在軌穩定、可靠運行，亟需提煉確保在軌穩定運行的設計方法，提高衛星在軌發生異常現象的自主異常檢測、排除及故障處理能力，切實提升航天器型號研制、發射及在軌運行全生命周期的可靠性、健壯性。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提出一種航天器控制系統在軌穩定運行能力構建方法，該方法全面確保控制系統在軌穩定運行所需的魯棒性設計要素及方法，通過數據保護能力、數據剔野能力、異常檢測能力、軟故障自恢復能力、硬故障自重構能力、欠配置運行能力共計“六個能力”構建航天器控制系統在軌穩定運行能力，能夠及時地恢復空間環境引起的各類軟件故障，能夠可靠地診斷并隔離各類單機故障，將單機故障影響降至最低，最大程度確保航天器在研、在軌全生命周期連續、穩定運行。給出的航天器控制系統在軌穩定運行能力構建方法，提出數據保護能力、數據剔野能力、異常檢測能力、軟故障自恢復能力、硬故障自重構能力、欠配置運行能力共計“六個能力”的具體定義、設計目標及技術要點，為提升航天器控制系統穩定運行能力提供了完整、實用的解決方案。

本發明的技術解決方案是：

一種航天器控制系統在軌穩定運行能力構建方法，該方法通過數據保護能力、數據剔野能力、異常檢測能力、軟故障自恢復能力、硬故障自重構能力、欠配置運行能力共計“六個能力”構建航天器控制系統在軌穩定運行能力，步驟如下：

(1)構建數據保護能力，即控制系統穩定運行所需的數據受空間環境、復位、切機、異常運算、中斷等異常事件影響后，系統仍能自主保持穩定運行的能力。

(2)構建數據剔野能力，即系統通過設置閾值、數據有效性判斷和采取預估等手段，自主對測量獲取數據的野值或非法數據進行剔除，并且剔野過程不影響系統穩定運行。

(3)構建異常檢測能力，即單機或系統發生故障情況下，通過預先設計的檢測方法或手段，自主發現或檢測出單機或系統發生異常情況的能力。

(4)構建軟故障自恢復能力，即軟故障發生后，系統或單機及時自主采取處理措施使異常消除、并確保在故障處理過程中控制系統保持穩定運行的能力。軟故障是指系統或單機出現的暫時性、可恢復故障，航天器軟故障包括空間單粒子、程序跑飛或其他原因引起的可恢復故障。