卫星姿态控制系统故障诊断研究

发布时间：2017-04-07 22:24

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【摘要】：由于航天科技的飞速发展,空间环境的日益复杂,卫星的规模也向着巨型化不断发展,这也对卫星的故障诊断技术提出了更苛刻的要求。本文首先确立以卫星姿态控制系统为研究对象,对卫星姿态控制系统故障诊断技术进行了理论方面的研究,结合自适应观测器和贝叶斯网络方法的优点,对卫星姿态控制系统出现的执行机构故障进行诊断。论文主要进行了以下几项工作： 首先对故障诊断的概念、故障诊断常用的方法及分类简要的介绍,并系统地分析了航天器故障诊断常用方法,以及航天器故障诊断技术的发展方向。 列举了几种卫星常用的坐标系,并对卫星的姿态描述方法进行介绍。根据卫星的物理描述,给出了卫星的姿态运动学方程和动力学方程。针对系统中易于发生故障的测量机构与执行机构,结合其可能发生的故障,进行了简单的描述,并给出了相对应的数学模型。建立卫星姿态控制系统的闭环仿真模型,为后两章的故障诊断研究奠定基础。 针对系统执行机构的常见故障,结合人工神经网络的优点,基于径向基函数(Radial Basis Function, RBF)人工神经网络,设计出相应的自适应故障诊断观测器。利用Lyapunov稳定性定理证明了基于RBF神经网络的自适应故障诊断观测器的稳定性。通过与故障检测观测器进行对比,验证了自适应观测器的有效性和优越性,完成了系统级到部件级的故障诊断,实现了对执行机构故障的实时诊断。 针对动量轮故障中存在的不确定性,提出了基于贝叶斯网络的故障诊断方法。简要介绍了贝叶斯网络的概率理论基础及故障模式和影响分析(FMEA)分析获取故障知识的方法。在结合贝叶斯网络模型、FMEA及“故障原因—故障模式—故障影响”因果关系的基础上,提出按结构组成分层构建CME(Cause-Mode-Effect)三层网络进行诊断。详细介绍了动量轮贝叶斯网络故障诊断模型的构建方法、推理过程,并通过仿真说明了该方法的便捷性,最终完成部件级到元件级的故障诊断。
【关键词】：卫星姿态控制系统 故障诊断 自适应观测器 贝叶斯网络
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：V448.2;V467
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 课题背景11
• 1.2 故障诊断综述11-12
• 1.2.1 故障诊断的基本概念11
• 1.2.2 故障诊断方法的分类与概述11-12
• 1.3 航天器故障诊断技术综述12-14
• 1.3.1 航天器故障诊断方法综述12-13
• 1.3.2 航天器故障诊断技术的发展方向13-14
• 1.4 本文主要研究内容14-15
• 第二章 卫星姿态控制系统建模15-28
• 2.1 引言15
• 2.2 卫星姿态控制系统框图15-18
• 2.2.1 反作用动量轮16-17
• 2.2.2 陀螺17
• 2.2.3 星敏感器17-18
• 2.3 卫星姿态运动学与动力学基础18-25
• 2.3.1 常用坐标系18-19
• 2.3.2 卫星姿态描述19-23
• 2.3.3 卫星姿态运动学建模23-24
• 2.3.4 卫星姿态动力学建模24-25
• 2.4 卫星故障分析25-26
• 2.5 系统仿真模型26-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第三章 基于自适应观测器的故障诊断设计28-38
• 3.1 引言28
• 3.2 故障检测观测器28-30
• 3.3 径向基函数神经网络30-31
• 3.4 基于自适应的故障诊断观测器设计31-33
• 3.5 仿真算例33-37
• 3.6 本章小结37-38
• 第四章 基于贝叶斯网络的故障诊断设计38-50
• 4.1 引言38
• 4.2 贝叶斯网络38-43
• 4.2.1 贝叶斯网络简介38-41
• 4.2.2 D-分离判定准则41-43
• 4.2.3 贝叶斯网络类型43
• 4.3 故障模式和影响分析(FMEA)方法介绍43-45
• 4.3.1 FMEA方法概述43-44
• 4.3.2 FMEA分析步骤44-45
• 4.4 贝叶斯网络模型的建立45-46
• 4.4.1 贝叶斯网络拓扑的建立45-46
• 4.4.2 条件概率表的确定46
• 4.5 仿真算例46-49
• 4.6 本章小结49-50
• 总结与展望50-52
• 参考文献52-55
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文55-56
• 致谢56

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 荣吉利,纪常伟;空间飞行器智能故障诊断技术方法综述[J];兵工学报;2000年S1期

2 张柯;姜斌;;一种改进的自适应故障诊断设计方法及其在飞控系统中的应用[J];航空学报;2009年07期

3 张柯;姜斌;;基于故障诊断观测器的输出反馈容错控制设计[J];自动化学报;2010年02期

4 邢琰,吴宏鑫,王晓磊,李智斌;航天器故障诊断与容错控制技术综述[J];宇航学报;2003年03期

5 姜连祥;李华旺;杨根庆;杨勤荣;黄海宇;;航天器自主故障诊断技术研究进展[J];宇航学报;2009年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 陈雪芹;集成故障诊断与容错控制研究及在卫星姿态控制中的应用[D];哈尔滨工业大学;2008年

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本文编号：291478