专利名称：一种运动体陀螺惯性组件的故障诊断方法
技术领域：
本发明涉及一种运动体陀螺惯性组件的故障诊断方法，具体涉及一种基于等价关系和经验模态分解的运动体惯性陀螺组件的健康监测技术。
背景技术：
惯性陀螺组件由若干陀螺敏感器构成，根据不同任务一般为2-4个，陀螺敏感器用于测量运动体特别是空间飞行器和海洋航行器相对于惯性参考系的角速度，是运动体姿态测量的重要部件，其工作性能、健康状态将直接影响整个运动体的姿态测量乃至姿态控制精度和运动体的可靠性。由于陀螺敏感器属于高精度、相对易损部件，在经受运动体复杂环境及剧烈运动后，容易出现故障、性能降低等健康问题。目前对于惯性陀螺组件的健康状况监测时，鉴于传统的等价关系方法通常只具有分离单个传感器故障的能力，通常采用两种途径一是途径是利用机内测试设备实时监测陀螺内部的某些状态量，如温度、电流、电压等，根据这些参数来判断该陀螺是否存在故障，该方法没有利用陀螺敏感器的输出信息，只能检测幅度较大的故障。另一种途径是利用姿态敏感器的冗余关系判断陀螺是否存在故障，但该方法的应用也受到一定限制，一方面，该方法只在姿态传感器系统构成冗余关系的条件下有效； 另一方面，还需要考虑冗余敏感器的工作状况。近年来，现代信号处理方法越来越多地被用于传感器健康状况特征信息的提取。 例如有研究者将小波变换应用于陀螺敏感器的故障诊断与分类中，取得了良好的效果。基于信号处理方法的传感器健康监测的优势在于能够直接从传感器输出中提取健康特征信息，可以克服冗余关系的限制。并且，在多个传感器同时发生故障的情况下，仍然能够实现故障的检测和隔离。但另一方面，与基于硬件冗余或解析冗余的方法相比，基于信号处理的健康监测方法往往需要进行更多的运算和处理，计算量相对较大。
发明内容
本发明目的是为了解决鉴于传统的等价关系方法通常只具有分离单个传感器故障的能力，而基于信号处理的健康监测方法的计算量相对较大的问题，提供了一种运动体陀螺惯性组件的故障诊断方法。本发明所述一种运动体陀螺惯性组件的故障诊断方法包括以下步骤步骤一、利用运动体惯性陀螺组件的硬件冗余，并通过等价关系方法检测惯性陀螺组件是否发生故障；检测惯性陀螺组件是否发生故障的过程为步骤11、利用运动体惯性陀螺组件的硬件冗余配置构造等价关系，并计算其等价
向量；步骤12、判断所述等价向量的范数是否小于故障检测阈值，判断结果为是，则认为所述惯性陀螺组件未发生故障；判断结果为否，则认为所述惯性陀螺组件发生故障。步骤二、当检测到惯性陀螺组件发生故障时，采集惯性陀螺组件中的每个陀螺敏感器输出信号的N个数据点作为该陀螺敏感器的故障数据输入信号，对所述故障数据输入信号进行经验模态分解，获取的一阶IM F分量作为该陀螺敏感器故障特征信号；获取一阶IMF分量的过程为设定故障数据输入信号为x(t)，t = 1，2，. . .，N，步骤21、IMF分解过程初始化n = 1，且满足关系式IV1U) = x(t)成立，其中 ^(t)为第(n-1)次分解后趋势函数；步骤22、筛选过程初始化，k= 1，且满足关系式hn(k_l) (t) =Tn^1 (t)成立，其中 hn(k-l) (t)为第η次经验模态分解中经过第(k-Ι)次筛选后的剩余函数；步骤23、根据筛选程序获取经过第k次筛选后的剩余函数hnk(t)；获取剩余函数hnk(t)的过程为步骤231、利用三次样条函数获取故障数据输入信号x(t)经过第η次经验模态分解中经过第k-Ι次筛选后的剩余函数hn(k-l) (t)的上、下包络，步骤232、计算所述剩余函数hn(k_l) (t)上、下包络曲线在各个t的均值 mn(k-V){t)，步骤233、获取故障数据输入信号x(t)经过第η次经验模态分解中经过第k次筛选后的剩余函数
权利要求
1.一种运动体陀螺惯性组件的故障诊断方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 步骤一、利用运动体惯性陀螺组件的硬件冗余，并通过等价关系方法检测惯性陀螺组件是否发生故障；步骤二、当检测到惯性陀螺组件发生故障时，采集惯性陀螺组件中的每个陀螺敏感器输出信号的N个数据点作为该陀螺敏感器的故障数据输入信号，对所述故障数据输入信号进行经验模态分解，获取的一阶IM F分量作为该陀螺敏感器故障特征信号；步骤三、对步骤二中每个陀螺敏感器获得的一阶IM F分量进行统计检验的累加求和 CUSUM处理，来判断该陀螺敏感器是否存在故障，进而分离出惯性陀螺组件中具有故障的陀螺敏感器，完成惯性陀螺组件的健康监测。
2.根据权利要求1所述的一种运动体陀螺惯性组件的故障诊断方法，其特征在于，步骤一中通过等价关系方法检测惯性陀螺组件是否发生故障的过程为步骤11、利用运动体惯性陀螺组件的硬件冗余配置构造等价关系，并计算其等价向量；步骤12、判断所述等价向量的范数是否小于故障检测阈值，判断结果为是，则认为所述惯性陀螺组件未发生故障；判断结果为否，则认为所述惯性陀螺组件发生故障。
3.根据权利要求2所述的一种运动体陀螺惯性组件的故障诊断方法，其特征在于，故障检测阈值 12ο，其中ο为陀螺噪声的标准差。
4.根据权利要求2所述的一种运动体陀螺惯性组件的故障诊断方法，其特征在于，故障检测阈值eD*10o，其中σ为陀螺噪声的标准差。
5.根据权利要求1所述的一种运动体陀螺惯性组件的故障诊断方法，其特征在于，步骤二中获取一阶IM F分量的过程为设定故障数据输入信号为χ⑴，t = 1，2，· · ·，N，步骤21、IMF分解过程初始化η= 1，且满足关系式IV1U) =x(t)成立，其中ivJt) 为第(n-1)次分解后趋势函数；步骤22、筛选过程初始化，k= 1，且满足关系式hn(k_D (t) =Tn^1 (t)成立，其中hndt) 为第η次经验模态分解中经过第(k-Ι)次筛选后的剩余函数；步骤23、根据筛选程序获取经过第k次筛选后的剩余函数、⑴；步骤M、采用标准偏差准则判断步骤23获得的剩余函数hnk(t)是否满足本征模态函数IMF的条件，即(hn(k_O (0 - hnk (O)" / K^k-X) 0)是否小于阈值iiSD， 0· 2 彡 Hsd 彡 0· 3 ；判断结果为是，执行步骤25，判断结果为否，则k = k+Ι，然后执行步骤23， 步骤25、提取一阶IMF分量Cl(t) =Mt)。
6.根据权利要求5所述的一种运动体陀螺惯性组件的故障诊断方法，其特征在于，步骤23中获取剩余函数hnk(t)的过程为步骤231、利用三次样条函数获取故障数据输入信号x(t)经过第η次经验模态分解中经过第k-Ι次筛选后的剩余函数Kari) (t)的上、下包络，步骤232、计算所述剩余函数Iln0ri) (t)上、下包络曲线在各个t的均值^w(H)(X)，步骤233、获取故障数据输入信号x(t)经过第η次经验模态分解中经过第k次筛选后的剩余函数Κ ) = Kik^it)-mn{k-i){t)。
7.根据权利要求5所述的一种运动体陀螺惯性组件的故障诊断方法，其特征在于，步骤 24 的中 Hsd = 0. 25。
8.根据权利要求1所述的一种运动体陀螺惯性组件的故障诊断方法，其特征在于，步骤三中对一阶IM F分量进行统计检验的累加求和CUSUM处理，来判断该陀螺敏感器是否存在故障的过程为步骤31、按如下公式获取一阶IMF分量中单个数据点的CUSUM计算结果Wi Wi = Wi-^IxiI,其中，i = 1,2, "iW^为第i-Ι个数据点的CUSUM计算结果，并令Wtl = Oji为第i 个数据点处的一阶IMF值，步骤32、判断第N个数据点的CUSUM计算结果Wn是否大于诊断阈值ε是，则该陀螺敏感器存在故障；否，则该陀螺敏感器不存在故障。
9.根据权利要求8所述的一种运动体陀螺惯性组件的故障诊断方法，其特征在于，诊断阈值”按如下公式获取ε工=No，其中ο为陀螺噪声的标准差。
全文摘要
一种运动体陀螺惯性组件的故障诊断方法，具体涉及一种基于等价关系和经验模态分解的运动体惯性陀螺组件的健康监测技术，本发明为了解决鉴于传统的等价关系方法通常只具有分离单个传感器故障的能力，而基于信号处理的健康监测方法的计算量相对较大的问题。本发明方法包括步骤一、通过等价关系方法检测惯性陀螺组件是否发生故障；步骤二、当检测到故障时，采集惯性陀螺组件中的每个陀螺敏感器输出信号的N个数据点作为其故障数据输入信号，并进行经验模态分解，获取的一阶IM F分量作为其故障特征信号；步骤三、对一阶IM F分量进行统计检验的累加求和CUSUM处理，来判断该陀螺敏感器是否存在故障，完成惯性陀螺组件的健康监测。
文档编号G01C25/00GK102175266SQ20111004047
公开日2011年9月7日 申请日期2011年2月18日 优先权日2011年2月18日
发明者沈毅, 王强, 王振华 申请人:哈尔滨工业大学