故障重構(gòu)技術(shù)在衛(wèi)星姿控系統(tǒng)故障診斷中的應(yīng)用研究.pdf

1、作為航天專家進(jìn)行決策和制定計(jì)劃的必要參考，故障診斷技術(shù)對(duì)于確保衛(wèi)星的安全性和可靠性至關(guān)重要。隨著衛(wèi)星的使用數(shù)量不斷增加，無預(yù)案故障出現(xiàn)的可能性也隨之增大，對(duì)其進(jìn)行檢測與分離的技術(shù)研究也因此受到廣泛的重視。本文以國防十五預(yù)研項(xiàng)目“衛(wèi)星長壽命高可靠性技術(shù)”為研究背景，為提高目前衛(wèi)星對(duì)無故障模式故障的診斷能力，提出了一套適合衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的故障重構(gòu)框架體系，并研究了四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)作為該框架的支撐。
　　本文的中心思想是對(duì)受故障影響的系統(tǒng)

2、進(jìn)行故障檢測和估計(jì)。該方法與傳統(tǒng)基于觀測器的故障診斷方法的區(qū)別在于，該觀測器的主要任務(wù)不是用來對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生殘差，而是直接建立故障估計(jì)器，對(duì)所監(jiān)測的系統(tǒng)直接估計(jì)其故障的有無和大小，實(shí)現(xiàn)一種較為直接的故障診斷。針對(duì)故障性質(zhì)及其所影響機(jī)構(gòu)的不同，研究了相應(yīng)的四種診斷技術(shù)。
　　對(duì)于快變故障作用于執(zhí)行器的情況，本文以姿態(tài)噴氣控制系統(tǒng)為背景，系統(tǒng)的論述了具有外加干擾系統(tǒng)的殘差生成方法，并指出基于未知輸入觀測器的診斷方法在診斷故障時(shí)具有局限性。

3、在其基礎(chǔ)上提出了一種基于未知輸入解耦的快變故障重構(gòu)方法。這種方法可以有效的解決未知輸入作用于系統(tǒng)時(shí)的故障診斷問題，尤其是對(duì)于執(zhí)行器受快變故障影響的情況具有很好的效果。
　　對(duì)于快變故障作用于傳感器的情況，本文依然以噴氣控制系統(tǒng)測量機(jī)構(gòu)發(fā)生故障為例，給出了陀螺失效模式，并且詳細(xì)地分析了陀螺的幾種故障判別條件，研究了基于右特征結(jié)構(gòu)配置的故障重構(gòu)方法。該方法是基于左特征結(jié)構(gòu)配置方法的一種有益補(bǔ)充。由于傳統(tǒng)的基于特征結(jié)構(gòu)配置的故障診斷方法

4、通常是利用左特征結(jié)構(gòu)配置，所以本方法在故障重構(gòu)技術(shù)方面的應(yīng)用研究，是對(duì)衛(wèi)星故障診斷方法的一個(gè)技術(shù)擴(kuò)充。
　　對(duì)于慢變故障作用于執(zhí)行器的情況，本文以動(dòng)量輪控系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析了偏置動(dòng)量輪的故障模式，深入的研究了滑模觀測器性質(zhì)，提出了一種基于滑模觀測器的故障重構(gòu)方法，對(duì)系統(tǒng)所受的執(zhí)行器慢變故障進(jìn)行估計(jì)。由滑模變結(jié)構(gòu)控制理論可知，由于滑模觀測器抗外界干擾能力強(qiáng)于一般的觀測器，因此利用該觀測器建立的故障估計(jì)器很好的解決了慢變故障更易受到

5、外界的干擾的問題。
　　對(duì)于慢變故障作用于傳感器的情況，根據(jù)上面對(duì)滑模觀測器性質(zhì)的分析，依然利用其抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)對(duì)傳感器故障進(jìn)行估計(jì)。該方法主要是通過對(duì)輸出的濾波，將系統(tǒng)的傳感器故障轉(zhuǎn)化為假設(shè)系統(tǒng)的執(zhí)行器故障，再利用上面研究的執(zhí)行器慢變故障重構(gòu)方法，得到傳感器的故障估計(jì)值，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器慢變故障的重構(gòu)。
　　以“風(fēng)云一號(hào)”衛(wèi)星為應(yīng)用背景，開發(fā)了集成基于故障重構(gòu)技術(shù)診斷以及專家系統(tǒng)診斷的衛(wèi)星地面姿控系統(tǒng)故障診斷推理平臺(tái)。該平臺(tái)