[发明专利]一种基于故障要素描述的卫星控制系统故障识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种卫星控制系统的故障诊断方法。

背景技术

从广义上讲，故障是指产品出现了偏离出设计范围的工况，导致其输出或是状态不能够满足使用要求。从卫星控制系统的故障表现上看，故障集中表现为两个方向：系统故障和部件故障，其中，系统故障由部件发生故障或由系统设计的缺陷导致系统失控或是技术指标不满足要求；部件故障是卫星失效的主要原因，这涉及到部件设计、使用条件、元器件老化、单粒子事件等多方面的原因，但是最终的表现形式可能较为单一，或者说接口数据上的表现形式还无法完整的表述出故障的详细特征，这种故障原因多样性和表现形式的单一决定了准确的描述故障较为困难。

目前，针对故障定位的研究主要分为两大类，第一是基于机理或是在线学习类的方法对系统输出的特征进行辨识，当相对正常情况有异常表现则定为故障；第二是基于专家系统，通过积累专家对系统或是部件的性能认识，在其主要参数出现异常时能够直接判断出故障形式。比较来说，第一种方法能更全面的解决某一固定系统或是部件的故障判断，但显然对系统认知的程度要求较高，对系统原有积累的故障模式也没有充分利用，且在系统趋向于复杂时会导致故障诊断系统也必须趋向于更高阶次，算法的可扩展性较差。第二种方法主要是通过逻辑判断的方式将故障因果体现出来，诊断系统扩容不会由于系统的复杂而变得过于庞大或是不易实现，但这种方法得到的结果较为单一，一般仅是给出从故障源到故障发生点的因果关系，但显然故障影响可能存在多种可能性。

对卫星控制系统的故障诊断要求主要有如下几个方面：

第一：故障定位方式必须涵盖系统至元器件所有的层面；

第二：对现有发生过的故障或是FMEA等方法研究得出的故障模式能够直接利用，避免浪费原有的可靠性分析工作；

第三：新增故障模式或是删除已有的故障模式简单，不影响故障分析的实现方法，计算简便、稳定；

第四：在实现故障定位的同时，还能够对故障点进行故障影响分析。

显然上述两种现有的故障定位方法已经无法满足对卫星控制系统特殊的故障诊断要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种卫星控制系统故障识别方法，采用故障要素来描述故障的主要特征，基于该特征形成卫星控制系统四级故障模式的树状结构，通过关联关系，实现对故障反应预测和故障源识别等多方面的功能。

本发明的技术解决方案是：一种基于故障要素描述的卫星控制系统故障识别方法，包括如下步骤：

(1)确定描述卫星控制系统发生各种系统故障、部件故障、模块故障、器件故障时对应的故障特征参数，故障特征参数的异常对应故障的发生；其中系统故障级别最高，部件故障次之，器件故障级别最低；

(2)利用故障特征参数对已知的卫星控制系统的故障模式进行规范描述，每一种故障模式描述均包括故障名称、故障环境、故障源、故障表现、故障影响对象以及影响度；其中，故障源从所属故障模式对应的故障级别的低一级别的故障中选取，故障影响对象从所属故障模式对应的故障级别的高一级别的故障中选取，影响度从0～1之间取值，影响度数值越大表明导致故障影响对象发生故障的概率越大；

(3)利用规范描述后的故障模式构建故障模式树，故障模式树中的每一个交叉点都是卫星中的一个系统、部件、模块或者器件，交叉点采用故障特征参数组合描述对应多种故障模式，交叉点之间的各连线作为下一级故障源对上一级故障的故障特征参数的影响通道，影响通道的值为影响度，各影响通道的值写成矩阵的形式后形成影响度邻接矩阵；

(4)当故障发生时，查找故障所在交叉点至与其有联系的最低级交叉点的所有影响通道的组合作为故障引入组合，以及故障所在交叉点至与其有联系的最高级交叉点的所有影响通道的组合作为故障后果组合，并用邻接矩阵分别描述故障引入组合以及故障后果组合；

(5)计算故障引入组合中各组合所包含的影响度邻接矩阵的乘积，结果矩阵中最大系数对应的最低级交叉点判断为引起故障的源头；计算故障后果组合中各组合所包含的影响度邻接矩阵的乘积，结果矩阵中最大系数对应的上一级交叉点判断为故障引发的故障对象。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明方法以故障要素作为描述卫星控制分系统故障的手段，通过在描述故障时的核心要素，如故障源、故障现象以及影响度等，实现对故障模式的清晰、有效表达；