[发明专利]一种基于距离相似度的航天器系统故障检测性获取方法

说明书

一种基于距离相似度的航天器系统故障检测性获取方法，属于空间技术领域。本发明方法基于向量‑子空间距离，并考虑了未知输入对系统可检测性的影响，实现了故障完全可检测与条件可检测的数学描述，大幅提升了现有系统可检测性获取结果的准确性。本发明方法与现有方法相比，具有更大的使用范围、足够的灵活性和更强的适用性。通过在控制系统上的应用，证明方法有效可行。

技术领域

本发明涉及一种基于距离相似度的航天器系统故障检测性获取方法，属于空间技术领域。

背景技术

对复杂的航天器系统非线性模型进行准确、量化的可检测性获取，是提高系统可检测性设计水平的基本保证和重要前提，有助于降低航天风险，保障航天安全，使航天器能够顺利完成飞行任务。故障可检测性是系统本身所具备的一个重要属性，将其纳入到航天器系统的设计过程中，可以从根本上降低系统的故障检测难度，使系统“天生”具有较高的可检测性，有效地提高了航天器在轨运行质量。

故障可检测性获取通常包括：定性判别以及定量描述。定性判别主要考虑的问题是故障能否被检测，已有的可检测性获取研究成果多归于此。相对于定性判别，定量描述主要回答的问题是故障检测的难易程度有多大。目前，国内外的科研学者们对可检测性定量描述的研究也取得了一定的成果。但已有研究大都集中于线性系统模型的可检测性获取或非线性系统模型的可检测性定性判别，并没有实现非线性系统模型故障可检测性的定量获取，即无法通过现有的可检测性判据了解到该故障被检测到的难易程度，而定量的获取结果有助于在系统设计以及故障检测算法设计阶段对航天器系统的配置和算法进行优化。现阶段，仅有较少文献考虑了非线性系统模型的定量描述，且已有的方法中没有考虑未知输入对于故障可检测性的影响。实质上，在工程实践中，航天器系统不可避免地要受到外界干扰与模型不确定性等未知输入因素的影响，同时由于航天器功能结构日益复杂，在工作点处对航天器系统的非线性模型进行线性化处理会使得故障检测结果产生一定的偏差。综上所述，研究考虑未知输入影响的非线性系统模型可检测性获取方法，具有重要的理论研究意义和实际应用价值。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，针对一类未知输入因素影响的非线性仿射模型，提出了一种基于距离相似度的航天器系统故障检测性获取方法，利用已有的非线性仿射模型输出对输入的不变性，将故障检测性获取问题转换成故障向量和不变最小对偶分布之间最小距离衡量的数学问题；通过对比已有的故障检测性定义和内涵，将计算得到的可检测性获取结果进一步细化，给出了故障完全可检测性与条件可检测性的数学描述。利用上述获取的故障检测性结果以及得到的故障可检测性类型，可以实现航天器系统配置和故障诊断算法的优化，做到航天器系统健康状态的在轨监测。

本发明的技术解决方案是：一种基于距离相似度的航天器系统故障检测性获取方法，包括如下步骤：

S1，建立航天器系统的非线性仿射模型；

S2，根据S1所述航天器系统的非线性仿射模型，判断该模型是否满足预设条件；若满足，则判定故障可检测，进入S3；否则，判定故障不可检测，结束；

S3，根据S1所述航天器系统的非线性仿射模型，利用向量-子空间距离分别计算不考虑未知输入影响的最小故障可检测性和未知输入对故障可检测性的最大影响程度；

S4，由S3中不考虑未知输入影响的最小故障可检测性和未知输入对故障可检测性的最大影响程度计算考虑未知输入影响的最小故障可检测性；

S5，根据考虑未知输入影响的最小故障可检测性判断故障可检测性类型，基于获取的故障可检测性和故障可检测性类型，优化航天器系统配置和故障诊断算法，在轨监测航天器系统的健康状态。