【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于航天器總體設計，尤其涉及一種基于診斷能力定量表征的航天器解析冗余自主挖掘方法。
技術介紹
1、航天器故障會嚴重影響系統的性能和穩定性，威脅系統的安全性。為了及時應對可能發生的故障，航天器需要實現自主故障診斷。故障診斷的本質在于利用冗余關系，包括硬件冗余和解析冗余。其中硬件冗余是指在系統中使用多個冗余的硬件組件來提高系統的可靠性，通過利用冗余硬件組件進行比對，快速定位故障位置并實現自動恢復，主要依賴于相同部件備份，對于資源強受限的航天器，這種方式難以推廣應用；解析冗余是一種通過系統數學模型產生冗余信號的方法，與硬件冗余相對應，它通過解析方式表示的系統數學模型來產生冗余的信號。因此，對于資源強受限的航天器，自主故障診斷的核心在于如何充分挖掘利用不同部件間的解析冗余。li等(li?l,zhang?h,ding?s?x,et?al.unifiedsolutions?to?optimal?fuzzy?observer-based?fault?detection?for?discrete-timenonlinear?systems[j].ieee?transactions?on?fuzzy?systems,2023.)利用takagi-sugeno模糊動態建模技術研究離散時間非線性系統最優故障檢測，通過求解多目標優化問題和riccati方程確保故障可檢測性與對未知輸入魯棒性的最佳權衡，還基于分段模糊lyapunov函數通過求解線性矩陣不等式研究模糊故障檢測方法，但未深入挖掘模型與數據對解析冗余的反映機制，難以進一步提升航天器的
技術實現思路
1、本專利技術解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種基于診斷能力定量表征的航天器解析冗余自主挖掘方法，提升航天器自主故障診斷的能力，為實現航天器自主故障診斷提供解決方案。
2、本專利技術目的通過以下技術方案予以實現：一種基于診斷能力定量表征的航天器解析冗余自主挖掘方法，包括：得到航天器控制系統的狀態方程；根據航天器控制系統狀態方程，構建系統輸入輸出表達式；根據系統輸入輸出表達式，構建不同測量通道組合的系統輸入輸出表達式；根據不同測量通道組合的系統輸入輸出表達式，得到不同測量通道組合的系統等價輸入輸出表達式；根據不同測量通道組合的系統等價輸入輸出表達式，給出預設測量通道組合i的系統等價輸入輸出的隨機特征；根據預設測量通道組合的系統等價輸入輸出的隨機特征，給出基于系統動力學模型的解析冗余判據；構建無故障以及系統輸入輸出表達式的故障向量情況下的測試數據矩陣；根據無故障以及系統輸入輸出表達式的故障向量情況下的測試數據矩陣，給出基于測試數據的解析冗余判據；根據基于系統動力學模型的解析冗余判據和基于測試數據的解析冗余判據，得到航天器解析冗余綜合判據。
3、上述基于診斷能力定量表征的航天器解析冗余自主挖掘方法中，航天器控制系統的狀態方程通過如下公式得到：
4、x(k+1)＝a(k)x(k)+b(k)u(k)+bf(k)f(k)+bw(k)w(k)
5、y(k)＝c(k)x(k)+df(k)f(k)+dv(k)v(k)；
6、其中，y(k)為第k時刻系統輸出向量，k表示時刻，x(k+1)為第k+1時刻系統狀態向量，x(k)為第k時刻系統狀態向量，u(k)為第k時刻控制輸入向量，f(k)為第k時刻故障向量，w(k)為第k時刻過程噪聲向量，v(k)為第k時刻測量噪聲向量，a(k)為第k時刻系統第一參數矩陣，b(k)為第k時刻系統第二參數矩陣，bf(k)為第k時刻系統第三參數矩陣，bw(k)為第k時刻系統第四參數矩陣，c(k)為第k時刻系統第五參數矩陣，df(k)為第k時刻系統第六參數矩陣，dv(k)為第k時刻系統第七參數矩陣。
7、上述基于診斷能力定量表征的航天器解析冗余自主挖掘方法中，系統輸入輸出表達式通過如下公式得到：
8、hd(k)ds＝hx(k)x(k-s+1)+hf(k)fs+he(k)es；
9、其中，
10、
11、其中，k表示時刻，s表示診斷時間窗口長度，ds為系統輸入輸出表達式的系統輸入輸出向量，x(k-s+1)為第k-s+1時刻系統狀態向量，fs為系統輸入輸出表達式的故障向量，es為系統輸入輸出表達式的噪聲向量，hd(k)為系統輸入輸出表達式的第一參數矩陣，hx(k)為系統輸入輸出表達式的第二參數矩陣，hf(k)為系統輸入輸出表達式的第三參數矩陣，he(k)為系統輸入輸出表達式的第四參數矩陣，u(k)為第k時刻控制輸入向量，f(k)為第k時刻故障向量，w(k)為第k時刻過程噪聲向量，v(k)為第k時刻測量噪聲向量，a(k)為第k時刻系統第一參數矩陣，b(k)為第k時刻系統第二參數矩陣，bf(k)為第k時刻系統第三參數矩陣，bw(k)為第k時刻系統第四參數矩陣，c(k)為第k時刻系統第五參數矩陣，df(k)為第k時刻系統第六參數矩陣，dv(k)為第k時刻系統第七參數矩陣，y(k)為第k時刻系統輸出向量，y(k-s+1)為第k-s+1時刻系統輸出向量，u(k-s+1)為第k-s+1時刻控制輸入向量，f(k-s)為第k-s時刻故障向量，f(k-s+1)為第k-s+1時刻故障向量，f(k-s+2)為第k-s+2時刻故障向量，w(k-s+1)為第k-s+1時刻過程噪聲向量，v(k-s+1)為第k-s+1時刻測量噪聲向量，a(k-1)為第k-1時刻系統第一參數矩陣，a(k-s+2)為第k-s+2時刻系統第一參數矩陣，b(k-s+1)為第k-s+1時刻系統第二參數矩陣，c(k-s+1)為第k-s+1時刻系統第五參數矩陣，a(k-s+1)為第k-s+1時刻系統第一參數矩陣，df(k-s+1)為第k-s+1時刻系統第六參數矩陣，bf(k-s+1)為第k-s+1時刻系統第三參數矩陣。
12、上述基于診斷能力定量表征的航天器解析冗余自主挖掘方法中，不同測量通道組合的系統輸入輸出表達式通過如下公式得到：
13、
14、其中，k表示時刻，表示第i個測量通道組合，ds為系統輸入輸出表達式的系統輸入輸出向量，x(k-s+1)為第k-s+1時刻系統狀態向量，fs為系統輸入輸出表達式的故障向量，es為系統輸入輸出表達式的噪聲向量，表示第i個測量通道組合的系統輸入輸出表達式的第一參數矩陣，表示第i個測量通道組合的系統輸入輸出表達式的第二參數矩陣，表示第i個測量通道組合的系統輸入輸出表達式的第三參數矩陣，表示第i個測量通道組合的系統輸入輸出表達式的第四參數矩陣。
15、上述基于診斷能力定量表征的航天器解析冗余自主挖掘方法中，不同測量通道組合的系統等價輸入輸出表達式通過如下公式得到：
16、
17、其中，k表示時刻，表示第i個測量通道組合，ds為系統輸入輸出表達式的系統輸入輸出向量，為不同測量通道組合的系統等價輸入輸出表達式的等價矩陣，fs為系統輸入輸出表達式的故障向量，es為系統輸入輸出表達式的噪聲向量，表本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于診斷能力定量表征的航天器解析冗余自主挖掘方法，其特征在于包括：
2.根據權利要求1所述的基于診斷能力定量表征的航天器解析冗余自主挖掘方法，其特征在于：航天器控制系統的狀態方程通過如下公式得到：
3.根據權利要求1所述的基于診斷能力定量表征的航天器解析冗余自主挖掘方法，其特征在于：系統輸入輸出表達式通過如下公式得到：
4.根據權利要求1所述的基于診斷能力定量表征的航天器解析冗余自主挖掘方法，其特征在于：不同測量通道組合的系統輸入輸出表達式通過如下公式得到：
5.根據權利要求1所述的基于診斷能力定量表征的航天器解析冗余自主挖掘方法，其特征在于：不同測量通道組合的系統等價輸入輸出表達式通過如下公式得到：
6.根據權利要求1所述的基于診斷能力定量表征的航天器解析冗余自主挖掘方法，其特征在于：預設測量通道組合的系統等價輸入輸出的隨機特征通過如下公式得到：
7.根據權利要求1所述的基于診斷能力定量表征的航天器解析冗余自主挖掘方法，其特征在于：基于系統動力學模型的解析冗余判據通過如下公式得到：
8.
9.根據權利要求1所述的基于診斷能力定量表征的航天器解析冗余自主挖掘方法，其特征在于：基于測試數據的解析冗余判據通過如下公式得到：
10.根據權利要求1所述的基于診斷能力定量表征的航天器解析冗余自主挖掘方法，其特征在于：航天器解析冗余綜合判據通過如下公式得到：
...【技術特征摘要】
1.一種基于診斷能力定量表征的航天器解析冗余自主挖掘方法，其特征在于包括：
2.根據權利要求1所述的基于診斷能力定量表征的航天器解析冗余自主挖掘方法，其特征在于：航天器控制系統的狀態方程通過如下公式得到：
3.根據權利要求1所述的基于診斷能力定量表征的航天器解析冗余自主挖掘方法，其特征在于：系統輸入輸出表達式通過如下公式得到：
4.根據權利要求1所述的基于診斷能力定量表征的航天器解析冗余自主挖掘方法，其特征在于：不同測量通道組合的系統輸入輸出表達式通過如下公式得到：
5.根據權利要求1所述的基于診斷能力定量表征的航天器解析冗余自主挖掘方法，其特征在于：不同測量通道組合的系統等價輸入輸出表達式通過如下公式得到：
6.根據權利要求1所述的基...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王大軼，符方舟，屠園園，李嘉興，董天舒，張香燕，
申請(專利權)人：北京空間飛行器總體設計部，
類型：發明
國別省市：
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