基于零空间向量自主优化选择的冗余陀螺故障定位方法
【专利摘要】基于零空间向量自主优化选择的冗余陀螺故障定位方法，针对冗余陀螺，根据陀螺构型，自主计算两个系数优化的零空间向量，通过陀螺测量在零空间向量上的投影大小，判断陀螺故障。获知陀螺存在故障后，定位陀螺故障时，依次计算4个陀螺的零空间向量，通过陀螺测量在零空间向量上的投影大小，结合对可疑陀螺的排除，定位陀螺故障。与现有技术相比，本发明方法给出了1个陀螺故障时，严格的故障判断与定位逻辑，无误判，漏判率较低；只需预置很少的参数，可在统一框架下适应所有冗余(5个及5个以上)陀螺构型，自主性强，计算量小。
【专利说明】基于零空间向量自主优化选择的冗余陀螺故障定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于零空间向量自主优化选择的冗余陀螺故障定位方法，属于故障诊断领域。
【背景技术】
[0002]根据寿命、测量精度等要求，不同航天器配置的陀螺类型、个数不同。陀螺的寿命和可靠性严重影响航天器的任务使命。针对长寿命、高可靠的要求，很多航天器配置6个以上的陀螺(包括6个)。当陀螺发生故障后，如何迅速诊断并定位陀螺故障，降低漏诊，避免误诊，减小故障影响，杜绝系统发生重大灾难，是需要重点关注的问题。
[0003]目前，常用陀螺故障诊断方法有:状态估计法(航天控制，2004年3期，张云等，《基于星敏感器角速率估计的陀螺故障诊断》)、测量信号分析法(数字技术与应用，2011年第7期，裴甲瑞等，《基于小波分析模极大值的陀螺故障诊断方法》)、平衡方程法(专利CN201310108771，王新民等，《一种陀螺测量系统的故障诊断方法》)、等价空间法(全国第八届空间及运动体控制技术学术会议，何英姿等，《斜装陀螺系统及其软故障检测方法》)等多种方法。
[0004]基于状态估计的方法，使用了其它部件信息进行陀螺故障诊断，当相应部件故障时，容易出现耦合故障，不能分离故障；基于测量信号分析的故障诊断算法，计算量大，实时性不好，对于航天器这种计算约束大、实时性要求高的情况，适用性差。
[0005]目前，在轨航天器常用的方法是平衡方程法与等价空间法，这两种方法存在下面的技术问题:
[0006]1)使用5个陀螺的构型众多(若安装9个陀螺，则有共126种)，各个构型平衡方程的系数、判断阈值不同，参数众多，且参数选择随意性较大，参数确定的自主性较差；
[0007]2)某些较恶劣的陀螺构型，同组平衡系数相差非常大，可能导致误判。
【发明内容】
[0008]本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提出了一种基于零空间向量自主优化选择的冗余陀螺故障定位方法，针对冗余陀螺，根据陀螺构型，计算两个系数优化的零空间向量，通过陀螺测量在零空间向量上的投影大小，判断陀螺故障。获知陀螺存在故障后，定位陀螺故障时，依次计算4个陀螺的零空间向量，通过陀螺测量在零空间向量上的投影大小，结合对构型导致可疑陀螺的排除，定位陀螺故障。
[0009]本发明的技术解决方案是:
[0010]基于零空间向量自主优化选择的冗余陀螺故障定位方法，步骤如下:
[0011](1)在卫星上安装至少5个陀螺，根据陀螺构型计算陀螺安装矩阵R的零空间向
量 K;所述陀螺安装矩阵
【权利要求】
1.基于零空间向量自主优化选择的冗余陀螺故障定位方法，其特征在于步骤如下: (1)在卫星上安装至少5个陀螺，根据陀螺构型计算陀螺安装矩阵R的零空间向量K;所述陀螺安装矩阵
2.根据权利要求1所述的基于零空间向量自主优化选择的冗余陀螺故障定位方法，其特征在于:所述步骤(1)中零空间向量K的计算方法为: (2.1)选择陀螺安装矩阵R对应的陀螺中的3个，陀螺安装向量组成3*3矩阵，计算其逆矩阵
3.根据权利要求2所述的基于零空间向量自主优化选择的冗余陀螺故障定位方法，其特征在于:自变量a的值具体通过如下方式确定: 求方程组RTx = O的特解，Rt为5 X 3矩阵，方程组Rtx = O有两个特解，由该两个特解线性组合得所述方程组的通解；令所述通解中的一元素为1，则求得通解中最大值与最小值，由所述最大值、最小值组成闭区间即为自变量a的范围，在所述范围内按照预设步长，确定a值。
4.根据权利要求1所述的基于零空间向量自主优化选择的冗余陀螺故障定位方法，其特征在于:所述步骤(2)中MTmp的计算方法为: MTmp = E5x5-R(inv (RtR) Rt)，其中，E5x5为5*5单位矩阵，inv为求括号中矩阵的逆运算； 将Kvn正交化具体为:
5.根据权利要求1所述的基于零空间向量自主优化选择的冗余陀螺故障定位方法，其特征在于:所述步骤(3)中p1、p2、Iiipm2具体通过如下方式确定:
6.根据权利要求1所述的基于零空间向量自主优化选择的冗余陀螺故障定位方法，其特征在于:所述步骤(5)中p3、m3和m4具体通过如下方式确定:
【文档编号】G01C25/00GK103940451SQ201410181567
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】刘一武, 汤亮, 陈守磊, 郭廷荣, 胡少春 申请人:北京控制工程研究所