多信號(hào)建模與故障診斷方法及其在航天器中的應(yīng)用研究.pdf

1、航天器狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù),不僅可以避免人員傷亡和設(shè)備的重大損失,而且可以節(jié)約航天器的發(fā)射和運(yùn)行成本,而系統(tǒng)的建模方法及其快速故障定位算法是航天器故障診斷中關(guān)鍵技術(shù).本學(xué)位論文結(jié)合國家武器裝備"十五"預(yù)研課題"衛(wèi)星長壽命高可靠性技術(shù)"(41320020401)、國防863課題"可重復(fù)使用跨大氣層飛行器故障診斷與故障隔離方法研究"(2002AA721063)以及中國空間技術(shù)研究院課題"空間實(shí)驗(yàn)室故障診斷與仿真技術(shù)研究",以衛(wèi)星和運(yùn)載火箭

2、等航天器為主要研究對(duì)象,對(duì)多信號(hào)建模與故障診斷方法及其在航天器故障診斷中的應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究,其研究內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:系統(tǒng)地研究了航天器多信號(hào)建模技術(shù).針對(duì)航天器系統(tǒng)元件與測試之間的依賴關(guān)系確定的情況,研究了復(fù)雜系統(tǒng)依賴矩陣的自動(dòng)獲取與存儲(chǔ)技術(shù).針對(duì)航天器依賴關(guān)系不確定的系統(tǒng),提出采用概率描述不確定系統(tǒng)多信號(hào)模型的依賴矩陣,并采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)學(xué)習(xí)和結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)算法來建立不確定系統(tǒng)的多信號(hào)模型因果依賴關(guān)系和概率依賴矩陣.深入研

3、究了基于多信號(hào)模型最優(yōu)序貫測試技術(shù).為了制定科學(xué)的航天器序貫測試方案,采用多信號(hào)模型對(duì)航天器進(jìn)行建模,考慮了系統(tǒng)元件發(fā)生故障的先驗(yàn)概率以及可用測試的成本,研究了成本最優(yōu)的序貫測試策略.針對(duì)復(fù)雜航天器系統(tǒng)中AO<'*>算法搜索速度較慢的缺點(diǎn),采用了ε可接納以及有限搜索等改進(jìn)措施,提高了搜索效率.研究了基于多信號(hào)模型多故障診斷技術(shù).采用多信號(hào)模型描述復(fù)雜航天器故障傳播依賴關(guān)系,考慮了系統(tǒng)元件發(fā)生故障的先驗(yàn)概率以及可用測試信息,基于最大后驗(yàn)概

4、率,研究了利用拉格朗日松弛和次梯度優(yōu)化算法求解多故障診斷問題的一種啟發(fā)式方法.為了加速搜索算法收斂速度,對(duì)次梯度優(yōu)化算法的迭代步長進(jìn)行改進(jìn).進(jìn)行了測試和模型不確定的故障診斷技術(shù)研究.針對(duì)測試不確定的情況,如某些遙測數(shù)據(jù)受到環(huán)境干擾而產(chǎn)生虛警,采用模糊閾值對(duì)衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測并給出波道報(bào)警可能性,同時(shí)提出采用故障可信度因子改進(jìn)傳統(tǒng)基于多信號(hào)模型實(shí)時(shí)診斷算法,然后再結(jié)合專家知識(shí)采用模糊推理得到可疑故障元件的故障概率.實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該改進(jìn)算法

5、不僅可以克服因虛警而導(dǎo)致診斷沖突問題,而且診斷速度快,精度高,并可發(fā)現(xiàn)潛在可能發(fā)生故障的元件.另外針對(duì)航天器模型不確定的情況,根據(jù)不確定系統(tǒng)的概率依賴矩陣,采用證據(jù)理論中的基本概率分配(BPA)表示該概率,提出采用改進(jìn)的D-S算法直接融合各遙測波道狀態(tài)得到系統(tǒng)各元件發(fā)生故障的可能性.該方法診斷速度快,應(yīng)用方便,解決了多信號(hào)模型不確定情況的故障診斷問題.以"風(fēng)云衛(wèi)星"為背景,研究了天地一體化集成診斷方案,開發(fā)了集成基于多信號(hào)模型診斷、模糊