基于動(dòng)態(tài)故障樹的衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)壽命預(yù)測方法研究.pdf

1、伴隨長壽命、高可靠性航天器的發(fā)展需求，衛(wèi)星的壽命預(yù)測研究成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。本文針對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)及其關(guān)鍵部件開展剩余壽命預(yù)測研究，建立了基于動(dòng)態(tài)故障樹的系統(tǒng)失效機(jī)理模型；以關(guān)鍵部件動(dòng)量輪為例，研究了部件帶工作狀態(tài)切換下的壽命預(yù)測方法；針對(duì)備份部件失效概率密度描述問題，提出了改進(jìn)的備份部件失效概率密度描述方法；重點(diǎn)研究了系統(tǒng)配置及工作模式與系統(tǒng)在軌剩余壽命的關(guān)系。以多配置下的動(dòng)量輪系統(tǒng)為例，對(duì)不同配置、不同工作模式下系統(tǒng)的壽命預(yù)測技術(shù)進(jìn)

2、行了仿真驗(yàn)證。
　　首先，通過對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)進(jìn)行失效工作機(jī)理分析，以動(dòng)態(tài)故障樹作為載體建立衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的失效機(jī)理模型。為了降低建模復(fù)雜度，采用自頂向下的方法依次對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)中的子系統(tǒng)進(jìn)行失效機(jī)理分析與建模，進(jìn)而得到衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的失效模型。
　　其次，研究了部件帶工作狀態(tài)切換下的壽命預(yù)測方法。考慮到基于動(dòng)態(tài)故障樹模型開展衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)壽命預(yù)測時(shí)，需要已知部件（底事件）的失效概率密度函數(shù)，且部件在工程應(yīng)用中存

3、在多個(gè)工況。因此，以動(dòng)量輪為例，在多個(gè)單一工作狀態(tài)下失效概率密度函數(shù)已知的條件下，結(jié)合Nelson假設(shè)（部件的殘存壽命僅依賴于已累積的失效和當(dāng)前應(yīng)力，而與累積方式無關(guān)）提出了部件帶工作狀態(tài)切換下的壽命預(yù)測方法，并以動(dòng)量輪為例開展了數(shù)值仿真驗(yàn)證。
　　再次，研究了系統(tǒng)不同配置下的壽命預(yù)測。為實(shí)現(xiàn)基于動(dòng)態(tài)故障樹的系統(tǒng)壽命預(yù)測分析，需要對(duì)其進(jìn)行求解（即：頂事件失效概率密度函數(shù)的求解），但動(dòng)態(tài)故障樹模型規(guī)模比較大，直接求解比較困難，為了降

4、低求解的復(fù)雜度，本文采用模塊化的方法進(jìn)行求解，靜態(tài)模塊和動(dòng)態(tài)模塊分別采用基于二元決策圖（BDD）和離散時(shí)間貝葉斯網(wǎng)絡(luò)（DTBN）的方法進(jìn)行求解。在動(dòng)態(tài)模塊求解過程中，針對(duì)現(xiàn)有備份門的求解方法中存在的備份部件失效概率密度累積和不等于1的問題，提出了改進(jìn)的備份部件失效概率密度描述方法，有效地解決了失效概率密度累積和問題。并將該改進(jìn)方法應(yīng)用于基于動(dòng)態(tài)故障樹的衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)失效機(jī)理模型求解，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)不同配置下的壽命預(yù)測，并以多種配置下的動(dòng)量