[发明专利]一种基于传递函数的动量轮故障可诊断性确定方法

权利要求书

1.一种基于传递函数的动量轮故障可诊断性确定方法，其特征在于步骤如下：

(1)在动量轮模型的基础上，添加各功能模块的故障影响，建立动量轮的故障模型；

(2)根据步骤(1)的动量轮故障模型，得到各故障到输出的传递函数；

(3)根据步骤(2)的传递函数，通过判断故障到输出的传递函数是否为0得到各种故障的可检测性条件，通过判断不同故障对应传递函数是否线性相关得到各种故障的可分离性条件，将动量轮相关参数代入可检测性和可分离性条件获得动量轮故障可诊断性分析结果；

(4)利用可诊断性度量计算方法对步骤(3)得到的故障可诊断性分析结果进行计算，得到动量轮故障模式的故障可检测度和可分离度以及部件的故障可检测度和可分离度。

2.根据权利要求1所述的一种基于传递函数的动量轮故障可诊断性确定方法，其特征在于：所述步骤(1)建立的动量轮故障模型为：

首先在不考虑电流控制器的情况下，基于动量轮模型添加各功能模块故障影响，包括轴承组件故障F_b，电机组件故障F_m，驱动电路故障F_d和遥测接口电路故障F_i，假定获得的遥测数据只有动量轮的转速和电流，则除电流控制器外的动量轮故障模型为：

Ldi(t)dt+R·i(t)+e(t)=u(t)+Fde(t)=Ke·w(t)me(t)=Km·i(t)+FmJdw(t)dt=md(t)md(t)=me(t)+mf(t)+mx(t)+Fby1(t)=i(t)+Fty2(t)=w(t)]]>

其中L为电机电枢的电感；

i(t)为流过电机电枢的电流；

R为电机电枢的电阻；

e(t)为电机反电动势；

u(t)为等效的直流电机驱动电压；

w(t)为电机的转速；

K_e为电势系数；

K_m为电机转矩系数；

m_e(t)为电机输出力矩；

J为动量轮总的转动惯量；

m_d(t)动量轮动态输出力矩；

m_f(t)为动量轮摩擦力矩；

m_x(t)为不确定力矩；

T_rep表示期望输出力矩；

s为拉氏变换系数；

y₁(t)和y₂(t)表示动量轮的实际遥测数据；

将故障模型写成状态空间表达式的形式：

x.(t)=Ax(t)+Bu(t)+Ed(t)+Fafa(t)]]>

y(t)＝Cx(t)+F_sf_s(t)

其中A=-RL-KeLKmJ0,]]>B=1L0,]]>E=01J,]]>C=1001,]]>x(t)=i(t)w(t),]]>

d(t)＝m_f(t)+m_x(t)，f_a(t)＝[F_b F_m F_d]^T，Fa=001L1J1J0,]]>Fs=10,]]>f_s(t)＝F_t；

考虑控制电路故障F_c得到动量轮电流控制器故障模型为：

x.k(t)=Akxk(t)+Bk,1x(t)+Bk,2w0(t)u(t)=Ckxk(t)+Dk,1x(t)+Dk,2w0(t)+Fkfk(t)]]>

其中A_k＝0，B_k，1＝[-k_i 0]，B_k，2＝k_i，C_k＝1，D_k，1＝[-K_p 0]，D_k，2＝K_p，F_k＝1，f_k(t)＝F_c，x_k(t)是K₁(w₀(t)-i(t))的积分项，K_p为控制器比例系数，K_i为控制器积分系数；

将电流控制器故障模型与除电流控制器之外的动量轮故障模型相结合得到动量轮故障模型：

x.(t)=(A+BDk,1)x(t)+BCkxk(t)+BDk,2w0(t)+Ed(t)+BFkfk(t)+Fafa(t)x.k(t)=Akxk(t)+Bk,1x(t)+Bk,2w0(t)y(t)=x(t)+Fsfs(t)]]>

在不考虑扰动项d(t)的情况下，得到动量轮故障模型：

x.(t)x.k(t)=A+BDk,1BCkBk,1Akx(t)xk(t)+BDk,2Bk,2w0(t)+Fa0Fa(t)+BFk0fk(t)y(t)I0x(t)xk(t)+Fsfs(t)]]>

其中，I表示单位矩阵。