[發明專利]一種診斷衛星姿態控制系統未知故障的方法有效
| 申請號: | 201611114426.5 | 申請日: | 2016-12-07 |
| 公開(公告)號: | CN106742068B | 公開(公告)日: | 2019-01-04 |
| 發明(設計)人: | 何章鳴;王炯琦;周海銀;周萱影;李書興;侯博文;彭堅 | 申請(專利權)人: | 中國人民解放軍國防科學技術大學 |
| 主分類號: | B64G1/24 | 分類號: | B64G1/24 |
| 代理公司: | 國防科技大學專利服務中心 43202 | 代理人: | 徐志宏 |
| 地址: | 410073 湖*** | 國省代碼: | 湖南;43 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關鍵詞: | 統計量 樣本 衛星姿態控制系統 衛星控制系統 故障檢測 構建 故障檢測和隔離 隔離 統計信息 診斷 測試數據 發生故障 貢獻指標 故障發生 故障數據 判斷測試 主元分析 診斷性 檢測 單類 | ||
1.一種診斷衛星姿態控制系統未知故障的方法,其特征在于,包括如下步驟:
步驟一、已知故障檢測,具體包括如下步驟:
S1.1對正常訓練數據Y和測試數據y進行中心化與單位化處理,生成訓練殘差Z和測試殘差z
其中N表示Y的列數,即正常訓練數據的樣本個數;ny表示Y的行數,即正常訓練數據的維數,它等于衛星控制系統姿態測量變量的個數;表示N個ny維正常訓練數據;表示單個測試數據;表示Y的均值向量;表示Y的標準差對角矩陣;
S1.2計算Z的協方差矩陣:
其中
S1.3Σ的奇異值分解為:
其中a為主元數,Γ是正交矩陣,子塊Γ1是矩陣Γ的前a列元素構成的矩陣,而子塊Γ2是矩陣Γ的后ny-a列元素構成的矩陣,Λ1=diag(λ1,…,λa)表示a個最大奇異值構成的對角矩陣,而Λ2≈0表示剩余的ny-a個接近零的奇異值構成的對角矩陣;
S1.4構建單類主元分析分類器:
S1.5若顯著性水平為α,則T2檢測統計量對應的檢測閾值為:
其中F1-α(a,k-a)表示自由度為(a,k-a)的F分布對應于(1-α)的分位數;
若則測試數據y為正常數據,診斷過程結束;否則為故障數據,故障發生時刻的測試殘差z就是樣本故障方向z,進入步驟二;
步驟二、已知故障隔離,具體包括如下步驟:
S2.1用集合表示已知故障模式庫,它包含nf類已知故障模式fi;表示已知故障模式庫對應的已知故障方向庫,表示已知故障模式fi的故障向量;已知故障向量都是長度等于1的向量;其中i=1,2,…,nf,nf為大于等于1的正整數;
S2.2檢測到的故障為第i種已知故障,則樣本故障方向z可以表示為
z=|f|ri+e (6)
因而測試殘差z是均值為|f|ri、方差為∑的正態隨機噪聲向量,即
z~N(|f|ri,∑) (7)
其中|f|表示故障的幅值,e表示均值為零、方差為∑的正態隨機噪聲向量;
S2.3用θ(z,ri),i=1,2,…,nf表示樣本故障方向z與已知故障方向ri之間的夾角,其中
θ(z,ri)=arccos(|zTri|/(||z||)) (8)
S2.4若則樣本故障方向z的故障模式暫定為第i0類已知故障模式然后進入步驟三;
步驟三、未知故障檢測,具體包括如下步驟:
S3.1若以及故障噪聲比能夠保證則計算未知故障檢測統計量UFDS(z):
UFDS(z)=z*∑-1z* (9)
其中z*表示測試殘差z與最近故障方向的偏離程度;
S3.2由于UFDS(z)是滿足自由度為ny的卡方分布,選取與步驟一中相同的顯著性水平α,則UFDS(z)對應的檢測閾值為:
其中表示表示自由度為ny的卡方分布對應于(1-α)的分位數;
S3.3若UFDS(z)>UFDSα,則樣本故障方向z的故障模式是未知的,進入步驟四;否則樣本故障方向z的故障模式是已知的,就是第i0類已知故障模式此時用樣本故障方向z更新已知故障模式的故障方向診斷過程結束;
步驟四、未知故障隔離,具體包括如下步驟:
S4.1計算樣本故障方向z的第k個變量對公式(4)中的T2統計量的貢獻指標CNT(k):
其中tj是向量t中的第j個分量,且t=Γ1Tz;zk是z的第k個分量,Γkj是公式(3)中Γ的第k行第j列上的元素,λj是公式(3)中Λ的第j行第j列上的元素,其中j=1,2,…,a;
S4.2如果那么樣本故障方向z的第k0個變量就是故障變量,且與之對應的衛星控制系統姿態測量機構硬件判斷為故障硬件,診斷結束。
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