[发明专利]一种基于控制力矩陀螺群控制的星上自主故障诊断方法

说明书

本发明公开了一种基于控制力矩陀螺群控制的星上自主故障诊断方法，其包含：步骤1，星上计算机与控制力矩陀螺通讯状态检查；步骤2，根据控制力矩陀螺返回的工作状态进行诊断；步骤3，根据控制力矩陀螺返回的数据进行诊断。控制力矩陀螺为两自由度输出，根据控制力矩陀螺控制方式分别对内框架数据及外框架数据进行诊断，其中内框架进行转速诊断，外框架进行转速、位置诊断。本发明的优点是能及时有效诊断潜在数据异常，通过设计系统故障数值阈值和故障累计频率阈值，及时设置故障标志，避免异常数据引入系统控制，也便于系统快速响应故障应对，工程应用相对简易又便于实施。

技术领域

本发明涉及卫星控制技术领域，具体涉及利用单框架双自由度控制力矩陀螺进行卫星姿态控制，并实现卫星用控制力矩陀螺星上自主故障诊断的工程应用方法。

背景技术

随着卫星任务对平台要求的提高，采用大力矩输出的控制力矩陀螺(ControlMoment Gyroscope，CMG)实现卫星快速大角度姿态机动和稳定控制已成为趋势。单框架控制力矩陀螺群控制系统设计的重点是控制陀螺群角动量管理和群奇异点规避。系统需根据控制力矩陀螺构型，分析陀螺群构型效益、失效效益和内部的奇异状态，设计出合理的控制力矩陀螺群操纵律，尽可能避免系统进入奇异状态导致系统失控。

正常控制力矩陀螺群控制下，系统角动量维持在可控范围内，系统避免控制力矩陀螺群进入奇异的方法相对容易实现。然而，控制力矩陀螺进入工程应用时，不可避免将引入产品自身的缺陷或潜在故障模式，如果这些缺陷或潜在故障模式未被识别出来，使得异常数据引入控制力矩陀螺群控制，很大概率将引起系统控制力矩陀螺群进入被动奇异状态，导致系统无有效的控制力矩输出，最终影响系统姿态控制。

目前，现有控制力矩陀螺群卫星控制的应用及研究成果大多基于控制算法及控制力矩陀螺操纵律设计，而对控制力矩陀螺的产品工程应用以及对控制力矩陀螺自身的故障识别与故障诊断介绍有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用控制力矩陀螺进行卫星姿态控制的星上自主故障诊断方法，能够在工程约束条件下有效、快速识别控制力矩陀螺故障，避免故障数据引入系统控制，便于系统快速响应故障应对，降低控制力矩陀螺的系统使用风险。

为了达到上述目的，通过以下技术方案实现：

一种基于控制力矩陀螺群控制的星上自主故障诊断方法，其包含以下步骤：

步骤1，进行星上计算机与控制力矩陀螺通讯状态诊断；若通讯异常，设置星上计算机与控制力矩陀螺通讯故障标志，并累加通讯异常故障计数；对通讯异常次数设定阈值，若连续通讯异常次数累加值达到设定阈值，设置控制力矩陀螺故障标志；

步骤2，在步骤1通讯诊断正常的基础上，进行星上计算机发送的控制指令与控制力矩陀螺返回的工作状态一致性诊断；若诊断为不一致，则累加控制力矩陀螺工作状态异常计数；对连续返回的工作状态异常次数设定阈值，若连续返回的工作状态异常次数累加值达到设定阈值，设置控制力矩陀螺故障标志；

步骤3，在步骤2诊断为一致的基础上，进行控制力矩陀螺返回的数据诊断；数据诊断按星上计算机对控制力矩陀螺的控制方式，控制力矩陀螺响应相应的控制方式命令，根据控制力矩陀螺返回的数据进行数据诊断；设定数据偏差阈值，若任何一项返回的数据与星上计算机的指令超过设定的数据偏差阈值，则累加控制力矩陀螺数据异常计数；设定控制力矩陀螺数据异常次数阈值，若连续返回的数据异常次数累加值达到设定阈值，设置控制力矩陀螺故障标志。

较佳地，步骤1中，通讯状态诊断的内容包含：根据控制力矩陀螺与星上计算机的接口协议，诊断通讯过程中的奇偶检验、识别码以及校验字累加和是否正确。

较佳地，步骤1中，若任何一项内容检验错误，则为通讯异常；若任何一项检验均正确，则通讯状态诊断为正常。