多表冗余激光惯组故障检测与隔离技术研究

发布时间：2021-04-02 04:51

　　运载火箭具有在轨时间长、多轨道任务的特点,激光惯组（以下简称IMU）作为运载火箭控制系统重要导航部件,为箭上控制系统提供载体的速度、位置和姿态信息。为提高箭载激光惯组的动态适应性和可靠性,飞行过程中需对激光惯组进行故障检测与隔离,本课题基于多表冗余的激光惯组开展研究,通过对激光惯组内部故障仪表的在线故障检测,实现对故障仪表隔离后进行冗余信息重构,从而实现激光惯组导航信息的正常输出,不影响火箭飞行的导航精度。首先,通过分析多表冗余激光惯组工作原理,将系统中的刻度系数误差、安装误差和常值偏差等误差进行了建模。识别出了激光惯组具体的故障模式,建立了故障模型并进行在线故障仿真。其次,确定了利用等价空间法进行故障检测,分析了激光惯组脉冲量化后对故障检测的影响,利用三通道滤波的方法解决了量化带来的故障检测问题,并通过蒙特卡洛阈值法确定了三通道阈值。最后,通过仿真试验验证了系统具备了故障检测与隔离的功能,使激光惯组存在故障的时仍可正常导航。 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究目的及意义
    1.3 国内外相关研究概况及发展趋势
    1.4 本文研究内容及章节安排
2 激光惯组误差建模及故障建模
    2.1 激光惯组工作原理
        2.1.1 激光陀螺工作原理
        2.1.2 石英加速度计工作原理
    2.2 误差建模
        2.2.1 刻度系数误差
        2.2.2 正交轴安装误差建模
        2.2.3 斜置轴安装误差建模
        2.2.4 常值偏差
        2.2.5 随机误差
        2.2.6 一阶高斯马尔科夫过程
    2.3 故障建模
        2.3.1 故障模式
        2.3.2 参数故障
        2.3.3 输出故障
        2.3.4 故障注入
    2.4 本章小结
3 多表冗余激光惯组故障检测方法
    3.1 故障检测方法介绍
        3.1.1 直接测量法
        3.1.2 奇异值分析法
        3.1.3 基于神经网络的故障检测
    3.2 故障检测方法的确定
        3.2.1 等价空间原理
        3.2.2 改进的奇异值分解法
    3.3 本章小结
4 量化输出及三通滤波检测
    4.1 激光惯组的量化输出
        4.1.1 量化输出的误差分析
        4.1.2 量化前的故障检测
        4.1.3 量化后的故障检测
    4.2 三通道滤波检测
        4.2.1 故障分类
        4.2.2 滤波参数的选择
        4.2.3 三通道滤波效果
        4.2.4 三通道故障判决策略
        4.2.5 三通道检测阈值的选取
    4.3 本章小结
5 仿真结果
    5.1 陀螺故障仿真结果
    5.2 加速度计故障仿真结果
    5.3 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于小波方差的MEMS IMU随机误差模型间接估计方法[J]. 刘菲,任章,李清东.  中国惯性技术学报. 2016(01)
[2]Service fault tolerance for highly reliable service-oriented systems: an overview[J]. ZHENG ZiBin,LYU Michael Rung Tsong,WANG HuaiMin.  Science China（Information Sciences）. 2015(05)
[3]脉冲输出冗余捷联惯导的故障诊断研究[J]. 王易南,任子君,闫杰.  飞行器测控学报. 2015(01)
[4]中国运载火箭技术研究院 “长征”三号乙力助嫦娥三号成功赴月[J].   航天工业管理. 2013(12)
[5]激光陀螺捷联惯性导航系统的误差参数标定[J]. 杨孟兴,徐兵华.  中国惯性技术学报. 2008(03)
[6]基于故障树和奇异值分解的捷联惯导系统故障检测[J]. 张志鑫,张峰.  中国惯性技术学报. 2008(03)
[7]基于冗余惯性组件故障诊断方法的比较研究[J]. 贾鹏,张洪钺.  系统仿真学报. 2006(S2)
[8]基于奇异值分解的冗余惯导系统故障诊断[J]. 贾鹏,张洪钺.  宇航学报. 2006(05)
[9]四冗余陀螺系统配置研究[J]. 王民钢,樊英平,崔伟成,杨尧.  弹箭与制导学报. 2006(03)
[10]捷联惯导系统（SINS）敏感器斜向配置技术[J]. 朱奎宝,张春熹,宋凝芳.  中国惯性技术学报. 2005(02)

博士论文
[1]导航系统故障检测与诊断及其相关理论问题的研究[D]. 张玲霞.西北工业大学 2004

硕士论文
[1]高精度激光陀螺捷联惯导系统误差模型参数估计方法研究[D]. 刘伟.国防科学技术大学 2013
[2]捷联惯性导航系统多传感器冗余技术研究[D]. 刘莎红.哈尔滨工程大学 2012
[3]捷联惯性导航算法及其实现[D]. 魏资桓.哈尔滨工业大学 2008
[4]激光陀螺平台惯导系统准静基座初始对准研究[D]. 张环.国防科学技术大学 2007
[5]激光捷联惯导/星光/卫星容错组合导航系统研究[D]. 孙丽.西北工业大学 2007
[6]容错控制设计与鲁棒故障检测研究[D]. 陈红英.西北工业大学 2003



本文编号：3114621