卫星动量轮故障检测与诊断方法研究

发布时间：2017-09-20 01:16

  本文关键词：卫星动量轮故障检测与诊断方法研究

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【摘要】：动量轮是卫星最为关键的子系统之一,其可靠性是卫星正常运行的基本保障。动量轮作为一个高速旋转的部件,它的寿命和可靠性受到影响,所以是最容易发生故障的。在此背景下,本文主要是利用遥测数据对动量轮进行故障检测和诊断。首先,本文详细分析了动量轮的结构和工作原理,由工作原理分析测量参数之间存在的关联关系,然后依据遥测数据,利用最小二乘的方法估计出动量轮测量参数间的关联参数。根据所求关联参数来建立系统方程,利用粒子滤波根据一个参数来估计另一个参数,并与实际的测量数据比较。验证关联关系的准确性。把粒子滤波的估计值与真实测量数据的残差对动量轮进行故障检测。具体使用休哈特控制图、累积和控制图来设定阈值。考虑残差值不服从检测方法的要求,又对残差进行预处理。最后给出了不同残差对应的控制图。由于动量轮的故障数据很少,本文根据关联关系建立动量轮仿真模型,并利用遥测数据验证了仿真模型的准确性。分析了动量轮常见的故障模式,并对典型故障进行了仿真。根据故障仿真数据,并用卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波方法估计出不同故障下的特征参数变化情况,同时用粒子滤波方法给出不同故障下对应的残差变化情况,建立特征参数和残差与故障模式之间的映射关系,最后采用BP神经网络进行训练,建立了故障诊断模型,并利用仿真数据验证了诊断模型的准确性。
【关键词】：动量轮 关联关系 故障检测 故障仿真 故障诊断
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V467
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景及意义9
• 1.2 航天器故障诊断的研究现状9-13
• 1.2.1 航天器故障诊断方法综述9-12
• 1.2.2 动量轮故障诊断技术的研究现状12-13
• 1.3 本文的主要研究内容13-15
• 第2章 动量轮关联关系分析15-37
• 2.1 引言15
• 2.2 动量轮工作原理及数学模型分析15-18
• 2.2.1 动量轮工作原理15-17
• 2.2.2 动量轮工作模式17-18
• 2.3 动量轮遥测数据间的关联关系18-25
• 2.3.1 最小二乘估计原理18-20
• 2.3.2 参数计算20-25
• 2.4 关联关系的验证25-36
• 2.4.1 粒子滤波25-30
• 2.4.2 关联关系的验证30-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第3章 基于常规控制图的动量轮检测方法37-58
• 3.1 引言37
• 3.2 数据预处理37-39
• 3.3 常规控制图的原理39-43
• 3.3.1 休哈特控制图的原理39-41
• 3.3.2 累积和控制图的原理41-43
• 3.4 动量轮故障检测分析43-57
• 3.5 本章小结57-58
• 第4章 动量轮故障仿真58-70
• 4.1 引言58
• 4.2 建立动量轮仿真模型58-62
• 4.2.1 动量轮仿真模型的搭建58-61
• 4.2.2 模型的验证61-62
• 4.3 动量轮故障仿真62-69
• 4.3.1 动量轮故障分析62-63
• 4.3.2 正常状态的仿真63-64
• 4.3.3 故障状态的仿真64-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第5章 基于BP神经网络的动量轮故障诊断方法70-92
• 5.1 引言70
• 5.2 参数估计方法70-74
• 5.2.1 卡尔曼滤波70-72
• 5.2.2 卡尔曼无迹滤波72-74
• 5.3 动量轮特征提取74-85
• 5.3.1 正常状态的特征提取75-77
• 5.3.2 故障状态的特征提取77-85
• 5.4 BP神经网络模型85-91
• 5.4.1 BP神经网络的设计与训练86-87
• 5.4.2 神经网络的测试87-91
• 5.5 本章小结91-92
• 结论92-94
• 参考文献94-100
• 致谢100

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本文编号：885039