基于有向圖模型的故障診斷方法研究及其在航天中的應(yīng)用.pdf

1、故障診斷技術(shù)是航天器安全、可靠運(yùn)行的保障。本文研究了基于有向圖模型的航天器故障診斷方法。該方法能夠描述復(fù)雜系統(tǒng)的故障傳播機(jī)理以及系統(tǒng)元素間的因果關(guān)系，是一種基于深層知識(shí)的診斷方法，而且緩解了診斷知識(shí)獲取瓶頸問(wèn)題，能夠?qū)δ承┪搭A(yù)知的故障進(jìn)行識(shí)別。因此該方法為航天器故障診斷技術(shù)的研究提供了一種新的途徑。本論文的主要目的是通過(guò)對(duì)基于有向圖模型的診斷方法的研究，找到適用于航天器在軌自主診斷的方法。為了這樣的目的，本論文主要進(jìn)行如下幾方面的研究工

2、作。
　　針對(duì)航天器故障診斷領(lǐng)域的特點(diǎn)，本文將故障傳播有向圖和符號(hào)有向圖（SDG）兩種系統(tǒng)描述方法的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，提出了一個(gè)基于分層有向圖的定性診斷模型。它具有 SDG模型固有的良好完備性，又能夠清楚的反映部件間的連接作用關(guān)系，同時(shí)對(duì)該模型采用了有向圖分層策略，并利用測(cè)試節(jié)點(diǎn)間的定性關(guān)系來(lái)回溯搜索不相容支路找出故障源候選集合，而且可以根據(jù)故障可能性對(duì)候選故障源進(jìn)行的排序。最后將該方法應(yīng)用到衛(wèi)星一次電源系統(tǒng)，驗(yàn)證了該方法的有效性。<

3、br>　　航天器的故障樣本和診斷經(jīng)驗(yàn)的不足，給建模帶來(lái)了困難，因此，本文采用了根據(jù)系統(tǒng)正常的工作模式進(jìn)行建模的思想，建立系統(tǒng)診斷模型。另外，航天器的許多系統(tǒng)具有多種工作模式，系統(tǒng)關(guān)鍵變量間的定性關(guān)系隨著工作模式的改變而變化。由于傳統(tǒng) SDG模型對(duì)這種變化的定性關(guān)系的表達(dá)還不夠完備，采用這種模型進(jìn)行故障診斷，將會(huì)導(dǎo)致診斷分辨率低的問(wèn)題出現(xiàn)。因此，本文將模糊理論引入到SDG模型中來(lái)，提出了一種基于SDG模型和模糊理論相結(jié)合的模糊 SDG模型

4、。節(jié)點(diǎn)變量變?yōu)槟：兞?，它的每一個(gè)模糊子集代表了一種工作模式下的狀態(tài)；節(jié)點(diǎn)間的定性關(guān)系通過(guò)模糊關(guān)系矩陣來(lái)表達(dá)。通過(guò)回溯搜索模糊不相容支路來(lái)找出故障源候選集合。實(shí)例分析表明了該方法的有效性。
　　對(duì)于前面提出的基于模糊 SDG的方法，如果模型中存在不可測(cè)量節(jié)點(diǎn)，該診斷系統(tǒng)將無(wú)法進(jìn)行診斷推理。為了解決該問(wèn)題，提出了基于模糊SDG模型和貝葉斯推理相結(jié)合的模糊－概率 SDG模型。該模型節(jié)點(diǎn)間的定性關(guān)系用條件概率表（CPT）來(lái)表達(dá)，通過(guò)貝葉

5、斯的不確定性推理和不相容支路的判斷，可以在不可測(cè)節(jié)點(diǎn)存在的情況下，完成不確定性推理，找出故障源候選集合。最后建立了某衛(wèi)星一次電源系統(tǒng)的診斷模型，故障診斷的仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性。
　　故障診斷的準(zhǔn)確性依賴于系統(tǒng)模型的精確性，為了提高診斷模型的精確性，在以往建模方法的基礎(chǔ)上，本文提出了利用定性趨勢(shì)分析（QTA）技術(shù)來(lái)輔助建模的方法。趨勢(shì)分析能夠?yàn)?SDG模型提供充足的定性趨勢(shì)信息，通過(guò)分析這些信息，可以找出節(jié)點(diǎn)變量的工作閾值區(qū)

6、間，還有節(jié)點(diǎn)變量間的多值邏輯關(guān)系。最后，本文提出了結(jié)合了其它建模方法的綜合建模策略，并針對(duì)前面提出的模糊-概率SDG模型給出了建模的步驟。將上面提出的方法應(yīng)用到某衛(wèi)星一次電源系統(tǒng)中，建立了更為精確的診斷模型，診斷的仿真結(jié)果表明該輔助建模方法提高了診斷的準(zhǔn)確性。
　　故障檢測(cè)的核心問(wèn)題是傳感器的分布問(wèn)題。針對(duì)有向圖模型，分別給出了基于可觀測(cè)性和可靠性的傳感器設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行了實(shí)例分析。最后，通過(guò)綜合分析前面的研究，提出了新的可靠性設(shè)