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、作為航天專家進行決策和制定計劃的必要參考，故障診斷技術(shù)對于確保衛(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，對其進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，并研究了四項關(guān)鍵技術(shù)作為該框架的支撐。
　　本文的中心思想是對受故障影響的系統(tǒng)

2、進行故障檢測和估計。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)不是用來對系統(tǒng)產(chǎn)生殘差，而是直接建立故障估計器，對所監(jiān)測的系統(tǒng)直接估計其故障的有無和大小，實現(xiàn)一種較為直接的故障診斷。針對故障性質(zhì)及其所影響機構(gòu)的不同，研究了相應(yīng)的四種診斷技術(shù)。
　　對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)時的故障診斷問題，尤其是對于執(zhí)行器受快變故障影響的情況具有很好的效果。
　　對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)測量機構(gòu)發(fā)生故障為例，給出了陀螺失效模式，并且詳細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，是對衛(wèi)星故障診斷方法的一個技術(shù)擴充。
　　對于慢變故障作用于執(zhí)行器的情況，本文以動量輪控系統(tǒng)為研究對象，分析了偏置動量輪的故障模式，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，對系統(tǒng)所受的執(zhí)行器慢變故障進行估計。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于一般的觀測器，因此利用該觀測器建立的故障估計器很好的解決了慢變故障更易受到

5、外界的干擾的問題。
　　對于慢變故障作用于傳感器的情況，根據(jù)上面對滑模觀測器性質(zhì)的分析，依然利用其抗干擾性強的特點對傳感器故障進行估計。該方法主要是通過對輸出的濾波，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值，實現(xiàn)對傳感器慢變故障的重構(gòu)。
　　以“風(fēng)云一號”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。該平臺