文档介绍：硕士学位论文

基于聚类分析的卫星姿态控制系统故障
诊断方法研究

THE RESEARCH ON SATELLITE
ATTITUDE CONTROL SYSTEM
DIAGNOSIS BASED ON CLUSTERIGN
ANALYSIS

龚学兵

哈尔滨工业大学
2011 年 6 月
国内图书分类号:TP277 学校代码:10213
国际图书分类号:623 密级:公开

工学硕士学位论文

基于聚类分析的卫星姿态控制系统故障
诊断方法研究

硕士研究生: 龚学兵
导师: 徐敏强教授
申请学位: 工学硕士
学科: 一般力学与力学基础
所在单位: 航天学院
答辩日期: 2011 年 6 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index: TP277
: 623

Dissertation for the Master Degree in Engineering

THE RESEARCH ON SATALLITE
ATTITUDE CONTROL SYSTEM
DIAGNOSIS BASED ON CLUSTERIGN
ANALYSIS

Candidate: Gong Xue Bing
Supervisor: Prof. Xu Minqiang
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Specialty: General Mechanic
Affiliation: Spacecraft Dynamics and Control
Institute
Date of Defence: 24 June, 2011
Degree Conferring Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要

应用于卫星系统的故障诊断技术是确保卫星系统正常工作必不可少的一项关
键技术,它不仅让卫星系统具有智能化修复功能,而且其诊断经验可以优化卫星
系统观测点的分布。随着卫星系统越来越复杂与智能化,卫星故障诊断的能力在
未来卫星技术发展中变得突出重要,并不断向更高水平发展。
现代卫星系统的复杂化,使得基于模的故障诊断方法——建模难度大、灵活
性差,导致基于模型的方法很难取得较好的故障诊断结果。由于基于聚类分析的
故障诊断方法利用历史数据进行建模,不需要实际的物理结构模型,它能够克服
基于模型的诊断方法的缺点。本论文采用基于聚类分析的故障诊断方法,开发和
利用卫星监控系统所采集的历史数据。论文的研究内容主要包括以下几个方面:
首先,研究基于聚类分析的数据分布特征提取方法的特点,学习聚类分析的
两种算法,利用聚类算法分析拟合数据与异常数据,设计拟合数据与异常数据的
差值模型,初步建立基于聚类分析的故障诊断模型。
其次,对标准的飞机控制系统模型进行数值仿真,获取该模型的健康数据和
故障数据,采用基于聚类分析的诊断方法进行故障诊断,依据诊断结果来完善该
故障诊断模型的建模与诊断推理步骤。
再次,结合卫星姿态控制系统的结构,对主要部件的数学模型做了详细分
析,并研究飞轮摩擦力矩对姿态角控制效果的影响。建立卫星姿态控制系统的外
在干扰力与力矩的数学模型,针对系统的执行部件与测量部件,设置了不同的故
障模式并建立相应的数学模型。
最后,根据卫星姿态控制系统部件的几种典型的故障模式,建立相应的
simulink 仿真模型,设置卫星姿态控制系统仿真参数与设定该系统的状态观测
点,对这几种仿真模型进行数值仿真模拟并采集系统的健康数据与故障数据。利
用聚类分析的方法对该姿态控制系统进行故障诊断。

关键词:故障诊断;控制系统仿真;历史数据;聚类分析
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
The Fault Diagnosis Technique (FDT) applied to satellite systems is a special
technique adopted to ensure the proper functions of the systems. It can not only re