[发明专利]偏置动量卫星故障模拟仿真方法及平台

说明书

技术领域

本发明属于航天器可靠性技术中卫星故障模拟的领域。本发明可以用于偏置动量小卫星姿态控制系统部件故障模拟、控制对部件故障的应急处理、姿态控制系统方案的可行性论证以及姿态控制软件的可靠性验证。

背景技术

故障模拟和故障注入是卫星研制中的一个重要环节，也是开展卫星可靠性验证的重要手段。姿态控制系统方案研制过程中，针对部件可能发生的各种故障情况开展故障分析和应对策略，但是这些分析是否合理，故障应对策略是否切实可行，需要在地面开展多种试验反复验证设计方案的可行性。故障模拟和故障注入则提供了一种用于方案验证的有效手段。

故障模拟和故障注入是一种测评容错机制的有效试验方法，它通过有意识地向系统中引入故障来加速测评容错机制的试验过程。目前针对卫星姿态控制系统的故障模拟和故障注入的研究，在姿态控制系统数字仿真平台的基础上，采用软件方法实现的故障注入和故障模拟技术。但基于软件故障模拟和故障注入方法，无法接入物理部件，不能实现姿态控制闭环回路中部件发生故障情况下系统电性能接口特性、故障应急反应能力、各功能模块协调性的功能验证。而直接基于硬件的故障模拟和故障注入方法，会对部件造成物理破坏，这对昂贵的航天器设备来说是不可取的。本专利结合软件和硬件故障注入方法，将故障模拟信号从传感器激励源端引入，同时将动量轮接入精密单轴空气转台，模拟卫星动力学特性，此方案在不造成部件物理损失的情况下，实现了偏置动量控制卫星姿态控制系统可靠性验证的半物理仿真功能。

通过磁强计和动量轮故障注入的研究对小卫星姿态控制系统容错机制以及故障处理对策的设计和应用起到了重要作用，它可以加速系统部件的失效，并分析系统对故障的反应，为偏置动量控制方式姿态控制系统在地面开展故障应急处理的可行性验证和部件故障模拟措施、星载容错控制技术的可行性验证提供了手段。

发明内容

技术问题

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种偏置动量卫星故障模拟仿真平台的仿真方法及平台。

技术方案

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明偏置动量卫星故障模拟仿真平台的仿真方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将轴系气浮台置于初始运行状态；

2)在故障模拟功能模块中，设定拟模拟的部件故障类型；

3)采用测角装置获取轴系气浮台初始角度、角速度信息即姿态信息，并发送到轨道模型中；

4)采用轨道模型根据小卫星当前运行轨道信息和接收到的姿态信息，解算出小卫星在当前轨道和当前姿态条件下的磁强计安装轴下的磁场强度信息，并生成地磁模拟器指令信息，输出到故障模拟功能模块；

5)故障模拟模块根据步骤2)设定的磁强计故障类型，对采集的地磁模拟器指令信息进行预定的数字信号处理，并将结果输出到地磁模拟器；

6)磁强计敏感地磁模拟器内的磁场强度信息，输出到姿态确定与控制器；

7)姿态确定与控制器根据磁强计敏感到的安装轴下的磁场强度信息，采用姿态确定算法得到当前小卫星的姿态信息，并根据给定的姿态控制算法，将控制结果输出到动量轮故障模拟功能模块；

8)动量轮故障模拟模块根据设定动量轮故障情况，将动量轮指令信号进行处理，并输出到动量轮；

9)动量轮接收指令信号，输出控制力矩作用到轴系气浮台；重复上述步骤2)-9)。

优选地，磁强计故障模拟的方法如下：将故障模拟功能模块中的磁强计故障模拟模块注入到地磁模拟器，由地磁模拟器产生故障的磁场强度信号，实现磁强计故障模拟。

优选地，动量轮故障模拟的方法如下：故障模拟功能模块中的动量轮故障模拟模块截取控制指令信号，并根据需模拟的执行机构故障类型，对控制指令进行信号处理，输出到动量轮，实现动量轮故障模拟。

偏置动量卫星故障模拟仿真平台，包括：轴系气浮台、地磁模拟器、动量轮、磁强计、故障模拟功能模块、姿态确定与控制器、测角装置和轨道模型，其中磁强计置于地磁模拟器中心工作区域，动量轮置于轴系气浮台上，地磁模拟器的输出端依次串接磁强计、姿态确定与控制器后接故障模拟功能模块的输入端，动量轮的输出端依次串接轴系气浮台、测角装置、轨道模型后接故障模拟功能模块的输入端，故障模拟功能模块的输出端分别接地磁模拟器和动量轮的输入端。