基于模型的航天器在轨传感器故障诊断方法

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1、第!"卷第!期兵工学报-./0!"+.0!!##!年$月%&’%%()%)*+’%(,,)12!##!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!基于模型的航天器在轨传感器故障诊断方法荣吉利（北京理工大学，北京，3###43）摘要故障诊断技术对于确保航天器的可靠性和安全性至关重要。而对于航天器自主和实时的在轨故障诊断更是十分必要。为了要满足航天器在轨故障诊断系统高可靠性的要求，在轨诊断系统必须建立传感器故障诊断机制。本文研究了在轨故障诊断的技术特点，分析了现有的传感器故障诊断方法，提出一种基于分析冗余信息的适于航

2、天器在轨传感器故障诊断的方法。这是一种基于物理模型的方法。利用该方法开发的诊断原型系统针对某试验台的诊断，验证了该方法的正确性和有效性。该方法可用于工程实际。关键词航天器；传感器诊断；在轨；故障诊断中图分类号-$5传感器故障诊断的实施，能够保证诊断系统获(9>?@>1@:2）和分析冗余（%@1/2;7:1/(9>?@>1@:2）。取实时准确信息，它是提高故障诊断系统可靠性的当两个以上的传感器监测一个物理变量，构成直接重要手段。在航天领域，曾出现因传感器故障而造冗余。如果可以识别并采用被测变量之间一定的物成的重大事故［3］。在其它领域，传感器故障造成的理关系，借以得到额外的未知变量的冗余信息，此

3、时损失也屡见不鲜［!］。因此，为了提高系统运行的可可得到分析冗余信息。靠性，必须校验已测到的传感器读值，找出发生故障目前已有的传感器诊断方法为：（3）相同传感器的传感器，并采取相应措施。航天器在轨故障诊断的比较（“A7B9”C9@D.8&.EF187D.@）［=］；（!）极限检测系统要满足高可靠性要求，因此，在轨诊断系统必须（A7E7;&G9:B7@H）方法；（"）量程极限（“A7I9”J98.D建立传感器诊断机制。本文将利用分析冗余信息，1@>&97/7@HD）方法；（=）神经网络方法［3］；（$）平衡空提出一种基于模型的适于航天器在轨传感器故障诊间（K187;2CF1:9）方法［!，$］；

4、（<）基于模型的A*C方断的方法。法［<］。上述前三种方法，虽然简单，诊断能力较为有!航天器在轨传感器故障诊断的技术特点限，不能满足在轨故障诊断的一般性要求，但可与其与现有方法它方法协同使用。后三种方法较为复杂，不能满足根据航天器在轨资源的限制，决定了在轨诊断上述技术特点，较难用于在轨故障诊断系统中。为任务是应急处理，同时要求在轨故障诊断的技术要了适应在轨故障诊断的要求，必须找到一种通用、简具备以下特点［"］：（3）采用的知识表示较为简单，以单和有效的计算机便于处理的传感器故障诊断方解脱在轨计算机存贮量较小的限制；（!）采用快速的法。诊断推理机制，在在轨计算机处理速度较低的情况"模型方程用于传

5、感器故障诊断下，实现诊断推理的实时性；（"）采用的诊断方法要满足高可靠性要求，诊断具有高准确性和一致性。对于航天器的某些系统，如推进系统和热控系通常，冗余信息是用以识别传感器故障的最准统，依据一定的物理关系，都可建立模型方程，如流确和最有效的途径。冗余信息包括直接冗余（6789:;量方程、能量方程和阀门开度方程等。这些模型方!##3年<月收稿，!##!年=月定稿。第!期基于模型的航天器在轨传感器故障诊断方法!;9程为系统的过程变量提供了一组约束集合。如果这:）&据此给出征兆集的定义。些方程出现大的约束冲突，即预示着系统出现故障。征兆集设如图!"#所示，在该管段两端分别安放流量传0%｛1#，1!

6、，⋯，1,｝（9&9）感器。!"、!#分别为"、#处的流量。可建立方程0的每个元素取值如下：如下：#’.(*.!"$!#%$（!&#）1.%{$$*.!’.!*.（9&;）$#’.)$*.则称0为征兆集。准故障集假定系统共有2个可能的故障，根图!"#管段示意图%&’"!"#()*+,-.&)/&-’0-,123&3+4+’,+5.据每一个1（..%#，!，⋯，,），都可以给定一个集合3（..%#，!，⋯，,）&设残差’为3.｛4.#，4.!，⋯，4.2｝（9&<）’%!"$!#（!&!）4（.5%#，!，⋯，2）是第5个故障的确定因子5在正常情况下，应有’6$"63值，其取值如下：如果’($，

7、可认为有如下故障情况存在："传#第5个故障发生感器偏高；#传感器偏低。该管段泄漏。4.5%{$不能判断第5个故障（9&=）如果’)$，可认为有如下故障情况存在："传$#第5个故障未发生感器偏低；#传感器偏高。则称集合3.为准故障集。文献［7，8］都对从模型方程获取诊断知识进行准故障集反映了系统可能的状态。由于每个了论述。这里，利用系统的物理模型方程，给出一种1（..%#，!，⋯，,）都有三个对应状