一种基于解析冗余关系的卫星控制系统敏感器可诊断性确定方法
【专利摘要】一种基于解析冗余关系的卫星控制系统敏感器可诊断性确定方法，步骤为：第一步，根据同类敏感器的测量模型，生成解析冗余关系集合，构建解析冗余关系与部件故障的关联矩阵，根据可诊断性判据完成同类敏感器的可诊断性确定；第二步，若不可检测故障集合或不可分离故障集合不是空集，则根据运动学模型，建立不同类敏感器的混合模型，再根据第一步中的解析冗余关系生成方法、关联矩阵的构建方法和可诊断性判据完成不同类敏感器的可诊断性确定，对可诊断性确定结果进行更新；第三步，基于第二步获得的故障可诊断性确定结果，利用可诊断性度量指标计算方法，得到故障模式的故障可检测度和可分离度以及敏感器故障可检测率和可分离率。
【专利说明】一种基于解析冗余关系的卫星控制系统敏感器可诊断性确定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种卫星控制系统敏感器可诊断性确定方法，尤其涉及一种基于解析冗余关系的卫星控制系统敏感器可诊断性确定方法，属航空航天领域。
【背景技术】
[0002]卫星控制系统敏感器主要包括角度测量敏感器(红外地球敏感器、星敏感器等)和角速度测量敏感器(如陀螺)，它们在姿态测量与确定中起着至关重要的作用，也是卫星控制系统中故障发生概率较高的部件。目前，为了提高卫星控制系统的故障应对能力，国内外学者更多地关注于故障诊断方法的研究，而忽略了其中一个基础问题一故障可诊断性确定，它是测点优化设计和故障诊断方法设计的重要前提和基础，因此本发明针对卫星控制系统中的敏感器，提出一种基于秩运算的解析冗余关系构建方法，保证了解析冗余关系的完备性，在此基础上，给出一种基于解析冗余关系的卫星控制系统敏感器故障可诊断性确定方法。
[0003]对于本发明所提出的基于解析冗余关系的卫星控制系统敏感器故障可诊断性确定方法，没有公开的具有完整实用意义的方法。
【发明内容】
[0004]本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供一种基于解析冗余关系的可诊断性确定方法，实现卫星控制系统敏感器故障模式的可检测性和可分离性判别，给出敏感器定量的可诊断性度量指标，为测点优化配置和诊断方法设计提供依据，进而为提高卫星控制系统的可靠性，保证卫星在轨长期、稳定运行奠定基础。
`[0005]本发明的技术解决方案是:一种基于解析冗余关系的卫星控制系统敏感器可诊断性确定方法，步骤如下:
[0006](I)根据同类敏感器的测量模型，生成解析冗余关系集合，构建解析冗余关系与部件故障的关联矩阵，根据可诊断性判据完成同类敏感器的可诊断性确定；
[0007](2)若步骤(1)中不可检测故障集合或不可分离故障集合不是空集，则根据运动学模型，建立不同类敏感器的混合模型，再根据步骤(1)中的解析冗余关系生成方法、关联矩阵的构建方法和可诊断性判据完成不同类敏感器的可诊断性确定，对可诊断性确定结果进行更新；
[0008](3)基于步骤(2)获得的故障可诊断性确定结果，利用可诊断性度量指标计算方法，得到故障模式的故障可检测度和可分离度以及敏感器故障可检测率和可分离率。
[0009]所述步骤(1)中同类敏感器模型为:
[0010]Y=HX
[0011]其中，为敏感器输出，；为未知量，// e R'! x"为同类敏感器安装矩阵，ny为敏感器个数，nx为变量个数。[0012]所述步骤(1)中解析冗余关系生成方法:
[0013](I)从矩阵H中任取两行构成矩阵〃"」，〃".，"’，〃? ’与之对应地从Y中抽取相关行构成矩阵1^1，1；.^，，然后逐一判断矩阵…，的秩是否为1，整理所有秩为I的矩阵得到H2,并获得与其之对应的\。其中，丨丨表示从矩阵H中任取两行构成的第i个矩阵G = H-O 表示从矩阵Y中任取两行构成的第j个
【权利要求】
1.一种基于解析冗余关系的卫星控制系统敏感器可诊断性确定方法，其特征在于步骤如下: 第一步，根据同类敏感器的测量模型，生成解析冗余关系集合，构建解析冗余关系与部件故障的关联矩阵，根据可诊断性判据完成同类敏感器的可诊断性确定； 第二步，若第一步中不可检测故障集合或不可分离故障集合不是空集，则根据运动学模型，建立不同类敏感器的混合模型，再根据第一步中的解析冗余关系生成方法、关联矩阵的构建方法和可诊断性判据完成不同类敏感器的可诊断性确定，对可诊断性确定结果进行更新； 第三步，基于第二步获得的故障可诊断性确定结果，利用可诊断性度量指标计算方法，得到故障模式的故障可检测度和可分离度以及敏感器故障可检测率和可分离率。
2.根据权利要求1所述的基于解析冗余关系的卫星控制系统敏感器可诊断性确定方法，其特征在于:所述第一步中生成解析冗余关系集合的方法实现如下: (1)从矩阵H中任取两行构成矩阵
3.根据权利要求1所述的基于解析冗余关系的卫星控制系统敏感器可诊断性确定方法，其特征在于:所述第一步中解析冗余关系与部件故障的关联矩阵Dakk为:
4.根据权利要求1所述的基于解析冗余关系的卫星控制系统敏感器可诊断性确定方法，其特征在于:所述第一步中可诊断性判据为: (1)在关联矩阵Dakk中，若故障&对应列的所有元素都为0，则称此故障为不可检测的，即
5.根据权利要求1所述的基于解析冗余关系的卫星控制系统敏感器可诊断性确定方法，其特征在于:所述第二步中不同类敏感器混合模型的生成过程: 当考虑卫星姿态在小范围变化时，姿态运动学方程为 其中，ωχ, gV ωζ为卫星转动角速度ω沿主惯量轴的分量，1P- 0，Ψ为欧拉角，Otl为卫星绕中心引力体旋转的轨道角速度； 陀螺组件的测量模型是:
6.根据权利要求1所述的基于解析冗余关系的卫星控制系统敏感器可诊断性确定方法，其特征在于:所述第二步中可诊断性确定结果的更新过程为: 可检测故障集合更新:当前获得的可检测故障集合与上一步骤得到的可检测故障集合进行合并得到可检测故障集合； 不可检测故障集合更新:将当前获得的可检测故障集合从上一步骤得到的不可检测故障集合移除后得到不可检测故障集合； 可分离故障集合更新:当前获得的可分离故障集合与上一步骤得到的可分离故障集合进行合并得到可分离故障集合； 不可分离故障集合更新:将当前获得的可分离故障集合从上一步骤得到的不可分离故障集合移除后得到不可分离故障集合。
7.根据权利要求1所述的基于解析冗余关系的卫星控制系统敏感器可诊断性确定方法，其特征在于:所述第三步中故障模式的故障可检测度和可分离度以及敏感器故障可检测率和可分离率的计算公式为: 故障模式可检测度的计算公式为:
【文档编号】G05B23/02GK103699121SQ201310738863
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】何英姿, 刘文静, 王大轶, 刘成瑞 申请人:北京控制工程研究所