多信號建模與故障診斷方法及其在航天器中的應用研究.pdf

1、航天器狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù),不僅可以避免人員傷亡和設備的重大損失,而且可以節(jié)約航天器的發(fā)射和運行成本,而系統(tǒng)的建模方法及其快速故障定位算法是航天器故障診斷中關(guān)鍵技術(shù).本學位論文結(jié)合國家武器裝備"十五"預研課題"衛(wèi)星長壽命高可靠性技術(shù)"(41320020401)、國防863課題"可重復使用跨大氣層飛行器故障診斷與故障隔離方法研究"(2002AA721063)以及中國空間技術(shù)研究院課題"空間實驗室故障診斷與仿真技術(shù)研究",以衛(wèi)星和運載火箭

2、等航天器為主要研究對象,對多信號建模與故障診斷方法及其在航天器故障診斷中的應用進行系統(tǒng)深入的研究,其研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面:系統(tǒng)地研究了航天器多信號建模技術(shù).針對航天器系統(tǒng)元件與測試之間的依賴關(guān)系確定的情況,研究了復雜系統(tǒng)依賴矩陣的自動獲取與存儲技術(shù).針對航天器依賴關(guān)系不確定的系統(tǒng),提出采用概率描述不確定系統(tǒng)多信號模型的依賴矩陣,并采用貝葉斯網(wǎng)絡的參數(shù)學習和結(jié)構(gòu)學習算法來建立不確定系統(tǒng)的多信號模型因果依賴關(guān)系和概率依賴矩陣.深入研

3、究了基于多信號模型最優(yōu)序貫測試技術(shù).為了制定科學的航天器序貫測試方案,采用多信號模型對航天器進行建模,考慮了系統(tǒng)元件發(fā)生故障的先驗概率以及可用測試的成本,研究了成本最優(yōu)的序貫測試策略.針對復雜航天器系統(tǒng)中AO<'*>算法搜索速度較慢的缺點,采用了ε可接納以及有限搜索等改進措施,提高了搜索效率.研究了基于多信號模型多故障診斷技術(shù).采用多信號模型描述復雜航天器故障傳播依賴關(guān)系,考慮了系統(tǒng)元件發(fā)生故障的先驗概率以及可用測試信息,基于最大后驗概

4、率,研究了利用拉格朗日松弛和次梯度優(yōu)化算法求解多故障診斷問題的一種啟發(fā)式方法.為了加速搜索算法收斂速度,對次梯度優(yōu)化算法的迭代步長進行改進.進行了測試和模型不確定的故障診斷技術(shù)研究.針對測試不確定的情況,如某些遙測數(shù)據(jù)受到環(huán)境干擾而產(chǎn)生虛警,采用模糊閾值對衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)進行監(jiān)測并給出波道報警可能性,同時提出采用故障可信度因子改進傳統(tǒng)基于多信號模型實時診斷算法,然后再結(jié)合專家知識采用模糊推理得到可疑故障元件的故障概率.實驗結(jié)果顯示該改進算法

5、不僅可以克服因虛警而導致診斷沖突問題,而且診斷速度快,精度高,并可發(fā)現(xiàn)潛在可能發(fā)生故障的元件.另外針對航天器模型不確定的情況,根據(jù)不確定系統(tǒng)的概率依賴矩陣,采用證據(jù)理論中的基本概率分配(BPA)表示該概率,提出采用改進的D-S算法直接融合各遙測波道狀態(tài)得到系統(tǒng)各元件發(fā)生故障的可能性.該方法診斷速度快,應用方便,解決了多信號模型不確定情況的故障診斷問題.以"風云衛(wèi)星"為背景,研究了天地一體化集成診斷方案,開發(fā)了集成基于多信號模型診斷、模糊