[发明专利]一种基于改进有向图的航天器综合性健康管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及航天器综合性健康管理方法。

背景技术

随着航天领域的不断发展，太空技术应用日趋广泛，航天器使人类的活动范围从地球大气层内扩展到无限的宇宙空间，成为人类认识和探索宇宙空间的重要工具。同时，其推动着相关学科的发展，促进新技术的产生与应用，在经济、军事和科技的发展方面都产生了巨大的影响。在航天技术不断取得成就的同时，也面临着很大的难度，因为(1)航天器是一个大型、复杂的系统，无法对航天器所有子系统建立精确的数学模型，无法使用基于解析模型的方法对航天器整体进行健康管理；(2)每个航天器在轨运行的数据都会因为所用元器件的差别和运行环境的不同而产生很大的差别，也就无法在航天器发射之前利用历史数据对其进行健康管理；(3)当航天器子系统更换、添加某一个或几个元器件时，可能需要对航天器子系统的健康管理模型进行大量修改甚至重新建立；(4)已有的健康管理算法具有偏重性，或偏重故障诊断或故障预测或健康评估，若要对航天器进行综合健康管理，则可能要利用多种算法，而算法间的结合效果不好，使得健康管理效率降低；(5)已有的健康管理系统，大多只完成小型系统或分系统级别的健康管理，有少数能针对整个航天器进行健康管理，而未提出针对航天器在轨飞行任务的健康管理，以评估航天器当前状态对完成飞行任务的影响。

发明内容

本发明的目的是为了解决(1)现有航天器无法对航天器所有子系统建立精确的数学模型，无法使用基于解析模型的方法对航天器整体进行健康管理的问题；(2)现有航天器无法在航天器发射之前利用历史数据对其进行健康管理的问题；(3)现有航天器子系统需要对航天器子系统的健康管理模型进行大量修改甚至重新建立的问题；(4)现有方法健康管理效率降低的问题；(5)以及现有健康管理系统未提出针对航天器在轨飞行任务的健康管理，以评估航天器当前状态对完成飞行任务的影响的问题。而提出了一种基于改进有向图的航天器综合性健康管理方法。

上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于改进有向图的航天器综合性健康管理方法，其特征在于：一种基于改进有向图的航天器综合性健康管理方法具体是按照以下步骤进行的：

步骤一、建立航天器系统有向图模型；

1)建立航天器各分系统的符号有向图；

2)建立航天器各分系统的故障传播有向图；

3)建立整个航天器系统的分层分模块有向图；

步骤二、航天器在轨飞行时，利用上述有向图模型和航天器机载传感器的测量数据进行综合健康管理，具体步骤如下：

1)当航天器机载传感器的测量数据超出对应节点的正常范围时进行故障报警，并计算故障程度，每个节点的正常范围根据系统精度的要求给出，如控制姿态角的偏差不大于±1°；

2)当出现故障报警信号时，利用系统采集的测量数据自主进行故障诊断；

3)利用故障诊断所得的故障源信息自主进行故障修复和故障预测，如切换备用元件，并利用故障源信息自主进行故障预测；

4)根据故障诊断和故障预测的结果，自主进行健康评估。

发明效果：

采用本发明的一种基于改进有向图的航天器综合性健康管理方法，(1)本发明使用的方法为基于定性模型的方法，不需要建立航天器系统的精确数学模型；(2)本发明使用的方法不需要航天器系统的历史数据来建立模型，仅需要根据航天器系统中节点间的关系来建立系统模型；(3)本发明建立的系统模型为分层分模块有向图模型，对其中的每个模块或模块中的每个阶段都可以单独进行修改或扩展，而不会影响其他的模块或节点；所以当航天器中的某个元器件更换后，对应有向图也仅需要修改该元器件对应的节点或模块，无需对整个有向图进行修改；(4)本发明建立的系统模型结合了用于故障诊断的符号有向图，和用于故障预测的故障传递有向图；由于故障传递有向图可以通过符号有向图简化获得，且故障诊断时需要逆向推理，故障预测仅需正向推测，所以分层分模块有向图的存储不需要两倍于符号有向图模型的存储空间，故障诊断所得到的信息会100％被利用到故障预测及健康评估中；每个节点存储的信息中有50％同时用在故障诊断和故障预测中，信息的利用率提高了15％；(5)本发明建立的系统模型，能够根据航天器在轨飞行任务的不同，修改飞行任务与航天器各分系统模块之间的影响关系，从而能够根据各分系统的故障诊断、故障预测结果来评估航天器飞行任务的健康程度，即评估航天器当前状态对完成飞行任务的影响。