块的故 障征兆集合X的聚类中心长度d，隐层单元数按经验计算设为8,根据卫星执行通信任务时 发生的故障种类，设输入层单元数N in的数值为6,输出层单元数N _的数值为5。最后将聚 类中心长度d与预先写入的测量通信功能模块的故障原因集合Y进行匹配，根据马尔科夫 判断算法约束，故障是独立的、无后效性的事件。采用高斯模糊算法实时相似度s，计算公式 如方程组（1)所示，初始相似度设为0。在预先设定的时间范围内，当测量通信功能模块相 似度大于0. 3时，认为测量通信功能模块出现故障，反之认为测量通信功能模块没有出现 故障。
[0074] 公式（1)中，S1表示的是第1次的相似度，Y表示故障原因集，k i表示第1次的距 离相似度系数，表示第1次的模糊相似度系数，U是故障概率划分集合，u :是第1次中由 故障原因又:引起的故障概率，k(s ^u1)表示在第1次产生的相似度条件下，由故障U1的发 生概率，d是第1次实时计算的聚类中心长度，d是前1次聚类中心长度的平均值。
[0075] 利用高斯模糊算法实时计算的好处是在预先设定的时间范围内，能够实时判断功 能模块是否发生故障，提高了故障检测的实时性和可靠性。
[0076] 按照上述方法完成电源功能模块、数据管理功能模块的故障检测，当3个功能模 块经过检查没有故障问题时，进入步骤（5)。当发现某功能模块出现问题后，假设数据管 理功能模块出现问题，主控模块确定数据管理功能模块，锁定其接口，通过控制电源功能模 块对数据管理功能模块进行断电隔离，然后激活备用的数据管理功能模块，备用的数据管 理功能模块与主控模块、电源功能模块和测量通信功能模块根据通信任务要求进行系统重 构，进入步骤（5)。
[0077] (5)当测量通信功能模块、电源功能模块、数据管理功能模块均没有故障时，主控 模块和这3个模块组成的电气系统根据通信任务要求执行通信任务操作，卫星完成通信任 务后，主控模块向电源功能模块发送指令为测量通信功能模块和数据管理功能模块断电， 当某功能模块出现问题后（数据管理功能模块故障），主控模块、测量通信功能模块、电源 功能模块、备用的数据管理功能模块组成的电气系统根据通信任务要求执行通信任务操 作，完成通信任务后，主控模块向电源功能模块发送指令为测量通信功能模块和备用的数 据管理功能模块断电，
[0078] 然后返回步骤（3)，根据要执行的下一个任务按照上述完成通信任务的方法重新 从可重构电气系统中选中新任务需要的功能模块，进行故障检测后执行相应的任务。直到 完成所有任务为止。
[0079] 本发明的设计特点是根据电气系统功能模块的不同作用，实现短时间内电气系统 的快速构建和灵活变换。
[0080] 本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
【主权项】
1. 一种智能化即插即用的飞行器电气系统可重构方法，其特征在于步骤如下： (1) 设计主控模块，将飞行器电气系统各功能模块的控制功能集成到主控模块中，各功 能模块以及功能模块的备用模块只保留执行功能； (2) 为主控模块、各功能模块以及功能模块的备用模块设计即插即用标准接口，通过所 述即插即用标准接口将主控模块、各种功能模块以及功能模块的备用模块进行连接，形成 飞行器可重构电气系统，进入步骤（3); (3) 当空间飞行器运行到在轨指定区域时，主控模块根据空间飞行器要执行的任务，利 用智能化算法从可重构电气系统中选中相应的功能模块，并按照可重构算法对功能模块进 行激活，形成执行相应任务的电气系统，进入步骤（4); (4) 主控模块根据故障诊断算法对步骤（2)选中的功能模块进行故障检测，当步骤（3) 选中的功能模块没有故障时，进入步骤（5);当检测出某个功能模块有故障时，主控模块确 定故障功能模块后，锁定功能模块接口并对故障功能模块进行断电隔离，然后激活故障功 能模块的备用功能模块，对步骤（3)执行相应任务的电气系统进行重构，进入步骤（5); (5) 利用得到的电气系统执行相关任务操作，完成后主控模块发出指令为参与任务操 作的功能模块和备用功能模块断电，然后返回步骤（3)执行下一任务，直到完成所有任务 为止。2. 根据权利要求1所述的智能化即插即用的飞行器电气系统可重构方法，其特征在 于：所述智能化算法包括以下步骤： (2. 1)主控模块判断空间飞行器要执行的任务是固定任务还是临时任务，如果要执行 任务的任务时序和任务指令与主控模块预先写入的任务时序和任务指令相同，则该任务为 固定任务，进入步骤（2. 2)，否则为临时任务，进入步骤（2.3); (2. 2)主控模块根据预先写入的任务指令从可重构电气系统中选中需要的功能模块以 及电源功能模块； (2. 3)主控模块接收地面上传的任务指令，根据接收的任务指令从可重构电气系统中 选中需要的功能模块以及电源功能模块； 所述任务指令包括要执行的功能以及需要的功能模块。3. 根据权利要求2所述的智能化即插即用的飞行器电气系统可重构方法，其特征在 于：所述可重构算法包括以下步骤： (3. 1)定义选中的功能模块即插即用接口的数据传输方式，所述数据传输方式为SPA-U数据传输方式或SPA-S数据传输方式，所述SPA-U数据传输方式支持低数据传输率， SPA-S数据传输方式支持高数据传输率； (3. 2)根据要执行的任务时序表确定功能模块的数据传输顺序； (3. 3)利用可编程逻辑器件对电气系统硬件电路进行控制，对未被选中的功能模块进 行隔离并锁定； (3. 4)并控制电源功能模块为选中的功能模块上电，实现对功能模块的激活。4. 根据权利要求1所述的基于智能化即插即用的飞行器电气系统可重构方法，其特征 在于：所述故障诊断算法包括以下步骤： (4. 1)在所重构的电气系统中，主控模块通过即插即用标准接口接收各功能模块输出 的数据； (4. 2)应用3层BP神经网络算法实时计算第i个功能模块的输出数据与预先写入的 该功能模块的故障征兆集合X的聚类中心长度d，所述3层BP神经网络算法的1层为隐层， 输入层单元数Νιη和输出层单元数~_根据情况给定，隐层单元数为8;i为自然数，i= 1， 2,……，所重构电气系统中功能模块个数； (4.3)将聚类中心长度d与预先写入的第i个功能模块的故障原因集合Y进行匹配，在 马尔科夫判断算法的约束条件下采用高斯模糊算法实时计算出相似度，在预先设定的时间 范围内，如果相似度大于0. 3,认为第i个功能模块出现故障，否则，认为第i个功能模块没 有故障； (4. 4)在不同i的取值下，重复执行步骤（4. 2) - (4. 3)，完成所重构的电气系统中各个 功能模块的故障检测。5. 根据权利要求4所述的基于智能化即插即用的飞行器电气系统可重构方法，其特征 在于：所述马尔科夫判断算法是指故障是独立的、无后效性的事件。6. 根据权利要求1所述的基于智能化即插即用的飞行器电气系统可重构方法，其特征 在于：所述即插即用标准接口是能够通过电缆连接的标准USB接口，即插即用接口通过电 流信号和频率传递信息，主控模块通过即插即用接口变换电流信号和电流频率来控制各个 功能模块动作。
【专利摘要】一种智能化即插即用的飞行器电气系统可重构方法，主控模块、各功能模块以及功能模块的备用模块通过即插即用标准接口进行连接，形成飞行器可重构电气系统，主控模块通过智能化算法根据空间飞行器执行任务选择需要的功能模块，按照可重构算法对功能模块进行激活，构成执行相应任务的电气系统，通过故障诊断算法对电气系统的功能模块进行检查，当某个功能模块存在故障时，隔离该功能模块并激活其备用模块，重构执行该任务的电气系统，完成任务操作。本发明可以有效满足空间飞行器多任务输入要求，降低飞行器执行任务的成本。
【IPC分类】G05B13/04
【公开号】CN105259759
【申请号】CN201510697758
【发明人】张恒浩, 申麟, 张霞, 高朝辉, 王书廷, 琚春光, 王小锭, 何朔, 唐超, 张烽
【申请人】中国运载火箭技术研究院
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年10月23日