文档介绍：博士学位论文
基于传递系统模型的在轨卫星故障诊断
方法研究
THE FAULT DIAGNOSIS APPROACH FOR THE
ON-ORBIT SATELLITE BASED ON THE
TRANSITION SYSTEM MODEL
金洋
哈尔滨工业大学
2013 年 9 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号:528 密级:公开
工学博士学位论文
基于传递系统模型的在轨卫星故障诊断
方法研究
博士研究生:金洋
导师:徐敏强教授
副导师:王日新副教授
申请学位:工学博士
学科:一般力学与力学基础
所在单位:航天学院
答辩日期:2013 年 9 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index:
: 528
Dissertation for the Doctoral Degree in Engineering
THE FAULT DIAGNOSIS APPROACH FOR THE
ON-ORBIT SATELLITE BASED ON THE
TRANSITION SYSTEM MODEL
Candidate: Jin Yang
Supervisor: Prof. Xu Minqiang
Co-Supervisor: A. Prof. Wang Rixin
Academic Degree Applied for: Doctor of Engineering
Speciality: General Mechanics and Foundation
of Mechanics
Affiliation: School of Astronautics
Date of Defence: September, 2013
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
故障诊断技术是在轨卫星自主控制与管理的重要组成部分,它为卫星自主
控制提供必要的支持,并为其在轨安全、可靠地运行提供保障。本论文以在轨
卫星故障诊断技术为背景,根据卫星自主控制对故障诊断系统的要求以及当前
故障诊断技术存在的问题,选择传递系统模型为主要研究对象,以第一原理诊
断理论为诊断算法的基础,对基于该模型的诊断理论与应用技术进行了深入的
研究。主要的研究内容及成果如下:
针对在轨卫星自主诊断系统对算法实时性的要求,提出基于传递系统模型
的诊断框架。通过在诊断框架中引入分离策略,减小诊断算法的在线计算量,
提高算法的实时性;同时,对传统诊断理论中诊断与冲突的概念进行扩展,并
提出状态记忆机制,通过利用历史的诊断结果,使得诊断系统具有记忆性,避
免冗余的计算量。将诊断框架应用到某卫星一次电源系统上,通过与传统方法
进行对比,验证提出的方法能够有效地提高诊断效率。
为了提高诊断结果的准确性,对传递系统模型的结构和能够描述的知识类
型进行研究。通过在原有的系统模型中增加表示因果关系的诊断知识,并采用
分层结构对诊断知识进行组织,提出分层传递系统模型及相应的故障诊断方
法。在诊断过程中,利用表示因果关系的诊断知识对推理过程进行指导,缩小
状态匹配空间,在提高诊断模型中知识表示完备性的同时,提高诊断效率以及
诊断结果的准确性和分辨率。将该诊断方法应用到某卫星测控系统上,验证该
方法在诊断结果的准确性和效率上优于传统的诊断方法。
针对传统的传递系统模型诊断方法无法处理由于状态不完全匹配而导致的
诊断结果存在不确定性的问题,定义能够衡量两个状态之间接近程度的距离函
数,对状态之间的相似度进行评价。同时,基于此距离函数提出模糊传递系统
模型及相应的诊断方法,通过计算观测与目标状态之间的距离,对当前状态转
移的趋势进行评估。以某卫星一次电源系统的典型故障模式为例,验证该诊断
方法能够解决诊断过程中的不完全匹配问题,提高诊断结果的准确性。
通过研究已有的可诊断性分析方法,针对其只根据系统的结构进行静态分
析,导致对传递系统模型的分析结果不准确的问题,提出适用于传递系统模型
的可诊断性分析方法。该方法保留系统的静态分析过程,并考虑系统运行的动
态过程,从结构和功能两方面对传递系统模型的可诊断性进行讨论。利用提出
的分