化方法，其特 征在于：所述步骤（3)中根据粒子速度生成的部件选择向量Ld为： Ld一[L d，1，Ld，2，? ? ?，Ld，z，? ? ?，Ld，m] 其中，Ld,z表示部件选择向量Ld的第z维数据，z= 1，…，m，d 1，? ? ?，Nparticie?Nparticie 为粒子个数，
1Vd>z表示粒子d速度的第z维数据，randO表示 随机产生的数。
5. 如权利要求4所述的基于故障可诊断性约束的卫星控制系统多目标优化方法，其特 征在于：所述步骤（4)的部件成本和测量约束为： (4a)根据下式计算部件成本Cd，_p_nt: r=n component n d 其中，<^。。_11(^表示粒子(1相关部件选择向量对应的部件成本《=[1? 1，...，1?111]， [&，?…，RJ为各部件的成本； (4b)所述测量约束条件为：nde# 0(e = 1，2,…6); 其中，
，nd，?表示矩阵ndJ勺第b行，〇e为a行m列的姿 态确定方案矩阵，其中a表示实现X轴、Y轴或Z轴角度或角速度确定方案的个数，勺矩 阵元素为0或1，e= 1，2,…6分别对应X轴角度确定方案、Y轴角度确定方案、Z轴角度确 定方案、X轴角速度确定方案、Y轴角速度确定方案、Z轴角速度确定方案，b= 1，2,…a。
6. 如权利要求5所述的基于故障可诊断性约束的卫星控制系统多目标优化方法，其特 征在于：所述步骤（5)中计算测量精度与可诊断性度量指标，并获得综合设计指标的具体 方式如下： (5a)根据下式计算测量精度：
其中：P〇= [Qi，...，QJ，[%，...，QJ表示姿态确定方案的测量精度，描述了各种测量 方案对应的准确性，可以根据专家经验或数学仿真获得，e(0，1); (5b)计算可诊断性度量指标；所述的可诊断性度量指标包括可检测率和可分离率； (5bl)构建解析冗余关系； (5bla)依据部件选择向量Ld，对偶邻近矩阵H'进行修改得到H:若部件选择向量中Ld，z=0,则把偶邻近矩阵H'的第z行删除； (5blb)利用DM分解技术获得偶邻近矩阵H的最大匹配集；最大匹配集为未知变量与 等式Q边的集合；设M是图S中边集的子集，如果M中任何两边都不具有相同顶点，则称 M是S的一个匹配；若在图S中不存在另一个匹配N，使N中边的个数大于M中边的个数， 则称M为最大匹配集。 (5blc)添加1列元素到偶邻近矩阵H中，判断边S(Ci，Xp是否属于最大匹配集，若属 于则该边对应的元素H(i，j)由1变为-1，同时置元素H(i，na+7)为1，否则将H(i，na+7)置 为〇 ; (5bld)对于矩阵H的第i行，若未知变量&对应元素H(i，j)为-1，并且除步骤 (5blc)添加的1列以外的其它元素均为0,则&的表达式可根据对应的等式q以及步 骤（1)中的数学模型获得
4j勺表达式包含了已知 量和故障，表示函数表达式&的反变换；对于矩阵H的第i行，若未知变量^对应 元素H(i，j)为-1，同时存在H(i，w) = 1，并且xw的表达式已通过第q行等式Cq获得
'则将xw的表达式代入等式Ci中得到X」表达式为
'其中w= 1，2, ? ? ?，na+6,且w乒j，q= 1，2, ...，ns+na+6 且q辛i，重复上述操作，直到所有未知变量获得表达式； (5ble)矩阵H第i行最后一列元素为0,并且该行非零元素对应未知变量都已获得表 达式，则将相应表达式代入该行对应的等式中（该行对应等式可根据步骤（1)的数学模型 获得），得到的等式即为解析冗余关系；对所有最后一列元素为〇的行执行类似操作，得到 所有的解析冗余关系； (5blf)将最大匹配集中的任意一条边删除，重复（5blb)?（5ble)，并与上次进行 (5blb)?（5ble)得到的解析冗余关系集合进行合并，得到新的解析冗余关系集合，直到将 最大匹配集中的每条边完成分析，不再重复上述步骤，得到最终的解析冗余关系集合； (5b2)构建关联矩阵； 以步骤（5bl)中得到的解析冗余关系为行，以部件故障为列，构建关联矩阵Q:
其中，D表示NAKK行m列的矩阵，Q元素为0或1 ;NAKK表示解析冗余关系的个数；u= 1，. . .，m，y= 1，. . .，NAKK;fu表示部件u的故障函数，1表示第y个解析冗余关系； (5b3)可诊断性分析； 在关联矩阵D中，若部件故障函数fu对应列的所有元素都为〇,则该部件故障不可检 测，否则可检测；在关联矩阵D中，若卫星控制系统所有部件故障对应列的元素不完全相 同，则各部件具有可分离性，若所有部件故障中存在对应列的元素完全相同部件故障，则称 这些部件故障组成的集合为模糊组； (5b4)计算可检测率FDR:
其中，Du为部件u的故障可检测度，当部件故障可检测时，Du= 1，否则Du=0,入u为 部件u的故障发生概率，m为部件总数； (5b5)计算可分离率FIR:
其中，Iu为部件u的故障可分离度，当部件故障可分离时，Iu= 1，否则Iu= 0,Iu为部 件u的故障发生概率，m为部件总数； (5c)将获得的测量精度、可检测率和可分离率通过加权平均得到综合设计指标。
7.如权利要求1所述的基于故障可诊断性约束的卫星控制系统多目标优化方法，其特 征在于：所述步骤（9)中更新粒子群参数的具体方式如下： 利用下式对粒子d的位置与速度进行更新： vd(k+l) = ?vd(k)+c1r1(pd(k)-sd(k))+c2r2(pg(k)-sd(k)) sd(k+l) =sd(k)+Vi(k+1) 其中，vd表示粒子d的速度，sd表示粒子d的位置，Pd表示粒子d的最优综合设计指标 对应的粒子位置，？8表示粒子群的最优综合设计指标对应的粒子位置，《、cri、r2表示随 机数。
【专利摘要】本发明基于故障可诊断性约束的卫星控制系统多目标优化配置方法，步骤如下：构建卫星控制系统偶邻近矩阵；初始化粒子群参数；生成卫星控制系统各部件选择向量；计算并判断卫星控制系统各部件成本和测量约束是否满足要求；计算测量精度与可诊断性度量指标以及粒子综合设计指标；判断综合设计指标是否大于当前粒子记录的最优综合设计指标，若大于则更新粒子最优记录；判断粒子综合设计指标是否大于粒子群记录的最优综合设计指标，若大于则更新粒子群的最优记录；判断粒子群的最优综合设计指标，是否满足规定要求；更新粒子群参数；本发明通过分析各部件输出之间的冗余关系而给出满足可诊断性要求的部件最优配置，填补了国内外在该技术领域的空白。
【IPC分类】G05B23-02
【公开号】CN104571088
【申请号】CN201410829123
【发明人】王大轶, 刘文静, 邢琰, 何英姿, 刘成瑞
【申请人】北京控制工程研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月26日