基于改进A*算法的航天器故障诊断研究
发布时间：2021-11-16 01:49
故障诊断系统的研发得到了越来越多的国家和地区的重视,尤其是航天器的故障诊断。由于航天器的造价十分昂贵,而且很多部件是具有唯一性的。为了让航天器更加自主化、智能化,其故障诊断技术由单一发展成为复杂的集成健康管理系统。本文的研究背景是基于航天器的健康管理系统,完整的健康管理项目分为三大模块:用户端,解析端及后端算法部分。本文研究侧重于健康管理系统中的核心算法,该算法主要采用Common lisp语言完成。在故障诊断搜索方面,传统意义上的故障诊断方法大多使用基于知识,基于专家系统等方法。本文将使用改进的A*算法对航天器进行故障诊断。改进后的A*算法大大的提高了搜索故障点的速度,减少了搜索时间。减少故障搜索的时间,就是在寻找最优解的时候避免做无用功,它的关键点在于决策。许多决策问题现在被重新定义为优化问题,涉及在离散空间上搜索,获得一组满足约束的最佳搜索方案。A*算法最常用于寻找最优路径,比如导航或者游戏地图中等。但是在美国NASA的故障诊断系统Livingstone上,已经成功地应用了A*算法。事实证明,A*算法在故障诊断上是完全可行的。本文将故障诊断搜索问题也比拟成一个寻找路径的一个关系,...
【文章来源】：沈阳理工大学辽宁省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
哥伦比亚号残骸以及Fig.1.1ThewreckageofColombiaand
沈阳理工大学硕士学位论文-6-障诊断技术必须要走的路。1.3航天器电源系统的故障诊断分析通过查找和收集国内外所公开公布的资料上，对于现航天器运行异常或系统故障问题方面，发现航天器的大部分的故障一般都发生在电源，姿态控制和推进系统上，如果可以降低减少故障发生的次数，不仅提高了航天器的使用寿命，同时降低了航天器研发生产的成本，更能够提高航天器在轨运行以及宇航员的安全系数。而航天器电源系统是卫星中非常重要的部件，它能够直接决定这航天器在轨工作运行的时间。经过数年来国内外专家对航天器电源系统在轨运行所发生的故障的统计和分析，不难找到故障发生的规律。图1.2空间电源架构图Fig.1.2SpacePowerArchitectureDiagram图1.2为航天器空间电源的架构图。航天器电源系统主要的故障发生在太阳能电池阵、蓄电池组上。其中太阳能电池阵的展开故障多数由机械故障引起；蓄电池的故障大多数是因为充放电引起，还有一些是因为日冕喷射，地磁风暴以及非正常的太阳耀斑所造成的电磁辐射鼓掌和静电放电故障[12]。由此可以看出，航天器的电源系统是航天器很容易发生故障的系统，而且一旦航天器电源系统发生问题，极其容易造成飞行失败，航天器功能下降或者失灵甚至彻底无法使用的状态。可以说，航天器的电源系统相当于整个航天器的“心脏”。所以说，电源分系统能够正常的工作，是航天器其他系统正常工作的重要前提条件。1.4本文主要工作本文的研究课题来源于中国科学院沈阳自动化研究所的实际工程项目“空间
沈阳理工大学硕士学位论文-18-型的故障诊断[26]基于专家系统的故障诊断方法，在早期的时候是通过依靠经验丰富的专家总结出的规则来描述系统的故障和故障征兆，通过充分的利用专家的经验知识快速准确地诊断出故障。然而，面对专家经验之外的未知问题，很容易犯错或错过判断。因此，很容易出现诊断失败。图3.1是故障诊断专家系统结构图。图3.1故障诊断专家系统结构图Fig.3.1Faultdiagnosisexpertsystemstructurediagram基于神经网络的故障诊断算法是建立从症状到故障源的映射过程[27]。对于比较复杂的非线性系统来说并不需要复杂完整的数学模型。神经网络本身是自组织自适应的。改进后的算法可以通过网络训练和学习系统知识方法，具有良好的实时更新和推理能力。图3.2为用于故障诊断的神经网络模型。图3.2神经网络模型结构图Fig.3.2Neuralnetworkmodelstructure神经网络的缺点是它不能充分利用专家系统的经验。它只能通过现有样本进行训练，网络训练时间较长，这将极大地影响诊断技术的可靠性。基于输入和输出检测的神经网络训练知识，对于过程有关的状态量和发生的故障不能做出足够准确的解释。模糊诊断方法，也是基于知识方法的一种。1965年,扎德提出了模糊集理论。主要采用模糊关系诊断，模糊模式识别和模糊聚类分析[28]。模糊关系诊断方法根据故障现象与故障原因之间的模糊关系矩阵将症状空间转换为故障空间，并根据
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于约束可满足的深空探测任务规划方法研究[J]. 姜啸,徐瑞,朱圣英. 深空探测学报. 2018(03)
[2]基于路径优化的A*算法与Dijkstra算法的性能比较[J]. 刘云翔,杜杰,张晴. 现代电子技术. 2017(13)
[3]基于改进A*算法的地图游戏寻径研究[J]. 陈素琼,王惠来,向天雨. 重庆师范大学学报(自然科学版). 2017(04)
[4]信息不对等条件下人工智能在FPS游戏中的应用[J]. 杨奎河,郭东方,李一. 信息通信. 2017(04)
[5]Livingstone故障诊断软件的技术特征分析[J]. 成奕东,闻新,王尔申. 机械工程师. 2017(03)
[6]航天器故障诊断技术的研究现状与进展[J]. 王嘉轶,闻新. 航空兵器. 2016(05)
[7]求解约束可满足问题的eSTR算法优化[J]. 王瑞伟,李占山,李宏博. 计算机研究与发展. 2016(07)
[8]BFS算法与众核处理器的适应性研究[J]. 叶楠,郝子宇,郑方,谢向辉. 计算机研究与发展. 2015(05)
[9]基于改进A*算法的水下航行器自主搜索航迹规划[J]. 荣少巍. 电子科技. 2015(04)
[10]基于Common Lisp的数字系统仿真实现[J]. 肖楚琬,唐小峰,许爱强. 航空计算技术. 2015(01)
博士论文
[1]基于模型的故障诊断方法研究及在航天中的应用[D]. 邵继业.哈尔滨工业大学 2009
[2]基于布尔可满足性的电路设计错误诊断[D]. 吴洋.复旦大学 2006
硕士论文
[1]基于Storm的流数据聚类挖掘算法的研究[D]. 马可.南京邮电大学 2016
[2]基于贝叶斯网络的航天器姿控系统故障诊断研究[D]. 高升.哈尔滨工业大学 2016
[3]卫星电源系统的故障仿真及诊断[D]. 刘丽霞.哈尔滨工业大学 2015
[4]基于多信号模型的卫星故障诊断技术研究[D]. 孔令宽.国防科学技术大学 2009
[5]基于故障树的航天器故障诊断专家系统研究[D]. 金亮亮.南京航空航天大学 2008
[6]基于故障树的运载火箭故障诊断专家系统[D]. 夏勇.重庆大学 2007
[7]基于定性模型的卫星电源系统故障诊断方法的研究[D]. 崔子谦.哈尔滨工业大学 2007
[8]基于神经网络的航天器多故障诊断的研究[D]. 李化南.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3497946
【文章来源】：沈阳理工大学辽宁省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
哥伦比亚号残骸以及Fig.1.1ThewreckageofColombiaand
沈阳理工大学硕士学位论文-6-障诊断技术必须要走的路。1.3航天器电源系统的故障诊断分析通过查找和收集国内外所公开公布的资料上，对于现航天器运行异常或系统故障问题方面，发现航天器的大部分的故障一般都发生在电源，姿态控制和推进系统上，如果可以降低减少故障发生的次数，不仅提高了航天器的使用寿命，同时降低了航天器研发生产的成本，更能够提高航天器在轨运行以及宇航员的安全系数。而航天器电源系统是卫星中非常重要的部件，它能够直接决定这航天器在轨工作运行的时间。经过数年来国内外专家对航天器电源系统在轨运行所发生的故障的统计和分析，不难找到故障发生的规律。图1.2空间电源架构图Fig.1.2SpacePowerArchitectureDiagram图1.2为航天器空间电源的架构图。航天器电源系统主要的故障发生在太阳能电池阵、蓄电池组上。其中太阳能电池阵的展开故障多数由机械故障引起；蓄电池的故障大多数是因为充放电引起，还有一些是因为日冕喷射，地磁风暴以及非正常的太阳耀斑所造成的电磁辐射鼓掌和静电放电故障[12]。由此可以看出，航天器的电源系统是航天器很容易发生故障的系统，而且一旦航天器电源系统发生问题，极其容易造成飞行失败，航天器功能下降或者失灵甚至彻底无法使用的状态。可以说，航天器的电源系统相当于整个航天器的“心脏”。所以说，电源分系统能够正常的工作，是航天器其他系统正常工作的重要前提条件。1.4本文主要工作本文的研究课题来源于中国科学院沈阳自动化研究所的实际工程项目“空间
沈阳理工大学硕士学位论文-18-型的故障诊断[26]基于专家系统的故障诊断方法，在早期的时候是通过依靠经验丰富的专家总结出的规则来描述系统的故障和故障征兆，通过充分的利用专家的经验知识快速准确地诊断出故障。然而，面对专家经验之外的未知问题，很容易犯错或错过判断。因此，很容易出现诊断失败。图3.1是故障诊断专家系统结构图。图3.1故障诊断专家系统结构图Fig.3.1Faultdiagnosisexpertsystemstructurediagram基于神经网络的故障诊断算法是建立从症状到故障源的映射过程[27]。对于比较复杂的非线性系统来说并不需要复杂完整的数学模型。神经网络本身是自组织自适应的。改进后的算法可以通过网络训练和学习系统知识方法，具有良好的实时更新和推理能力。图3.2为用于故障诊断的神经网络模型。图3.2神经网络模型结构图Fig.3.2Neuralnetworkmodelstructure神经网络的缺点是它不能充分利用专家系统的经验。它只能通过现有样本进行训练，网络训练时间较长，这将极大地影响诊断技术的可靠性。基于输入和输出检测的神经网络训练知识，对于过程有关的状态量和发生的故障不能做出足够准确的解释。模糊诊断方法，也是基于知识方法的一种。1965年,扎德提出了模糊集理论。主要采用模糊关系诊断，模糊模式识别和模糊聚类分析[28]。模糊关系诊断方法根据故障现象与故障原因之间的模糊关系矩阵将症状空间转换为故障空间，并根据
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于约束可满足的深空探测任务规划方法研究[J]. 姜啸,徐瑞,朱圣英. 深空探测学报. 2018(03)
[2]基于路径优化的A*算法与Dijkstra算法的性能比较[J]. 刘云翔,杜杰,张晴. 现代电子技术. 2017(13)
[3]基于改进A*算法的地图游戏寻径研究[J]. 陈素琼,王惠来,向天雨. 重庆师范大学学报(自然科学版). 2017(04)
[4]信息不对等条件下人工智能在FPS游戏中的应用[J]. 杨奎河,郭东方,李一. 信息通信. 2017(04)
[5]Livingstone故障诊断软件的技术特征分析[J]. 成奕东,闻新,王尔申. 机械工程师. 2017(03)
[6]航天器故障诊断技术的研究现状与进展[J]. 王嘉轶,闻新. 航空兵器. 2016(05)
[7]求解约束可满足问题的eSTR算法优化[J]. 王瑞伟,李占山,李宏博. 计算机研究与发展. 2016(07)
[8]BFS算法与众核处理器的适应性研究[J]. 叶楠,郝子宇,郑方,谢向辉. 计算机研究与发展. 2015(05)
[9]基于改进A*算法的水下航行器自主搜索航迹规划[J]. 荣少巍. 电子科技. 2015(04)
[10]基于Common Lisp的数字系统仿真实现[J]. 肖楚琬,唐小峰,许爱强. 航空计算技术. 2015(01)
博士论文
[1]基于模型的故障诊断方法研究及在航天中的应用[D]. 邵继业.哈尔滨工业大学 2009
[2]基于布尔可满足性的电路设计错误诊断[D]. 吴洋.复旦大学 2006
硕士论文
[1]基于Storm的流数据聚类挖掘算法的研究[D]. 马可.南京邮电大学 2016
[2]基于贝叶斯网络的航天器姿控系统故障诊断研究[D]. 高升.哈尔滨工业大学 2016
[3]卫星电源系统的故障仿真及诊断[D]. 刘丽霞.哈尔滨工业大学 2015
[4]基于多信号模型的卫星故障诊断技术研究[D]. 孔令宽.国防科学技术大学 2009
[5]基于故障树的航天器故障诊断专家系统研究[D]. 金亮亮.南京航空航天大学 2008
[6]基于故障树的运载火箭故障诊断专家系统[D]. 夏勇.重庆大学 2007
[7]基于定性模型的卫星电源系统故障诊断方法的研究[D]. 崔子谦.哈尔滨工业大学 2007
[8]基于神经网络的航天器多故障诊断的研究[D]. 李化南.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3497946
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