[发明专利]一种基于零空间的CMG群故障诊断方法和系统

说明书

一种基于零空间的CMG群故障诊断方法，包括步骤如下：步骤一、根据CMG框架角测量值，构建故障诊断零空间；步骤二、根据CMG框架角速度测量值，构建故障诊断残差，判断CMG是否发生故障；步骤三、判断残差与零空间中各向量的夹角余弦A_Cos,i，进行单故障情况下的故障定位；当A_Cos,i满足A_Cos,iA_Cos,th时，则认为第i个CMG发生故障，否则执行步骤四；i＝1,2,…,N，A_Cos,th为设定的阈值；步骤四、通过分组判断，进行多故障情况下的故障定位与验证。本发明充分考虑了CMG框架角引起的安装矩阵的时变特性，克服了CMG难以通过判断故障向量方向实现故障定位的问题。

技术领域

本发明涉及一种CMG群故障诊断方法和系统。

背景技术

控制力矩陀螺(CMG)作为卫星姿控系统执行部件，具有较快的动态响应能力和较高的控制效率，能够比其它类型飞轮提供较大的控制力矩，是长寿命、重型航天器理想的执行机构。由于CMG带有高速旋转的转子和框架转动部件，因此较易产生故障，此时若不能及时检测并排除故障，将引起航天器的姿态失控，造成重大经济损失。

目前，CMG故障诊断主要通过判断每个CMG的理论框架角变化量与实际框架角变化量的差异以及高速转子实际转速与标称转速的差异来实现，仅仅利用了自身的信息，当故障幅值较小时，很难快速检测到故障发生。由于每个CMG的力矩控制信号是按照每一时刻的结构位置对三轴所需控制力矩进行分配而得到的，因此本发明利用所有CMG输出(框架角速度)之间的一致性进行故障诊断，并根据一定的逻辑判断实现CMG两重故障下的诊断。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于零空间的CMG群故障诊断方法和系统，给出基于CMG框架角速度的残差设计方法，在此基础上通过计算零空间各列与残差的方向余弦，结合相应的判断逻辑实现CMG单故障和双重故障下的诊断。

本发明所采用的技术方案是：一种基于零空间的CMG群故障诊断方法，包括步骤如下：

步骤一、根据CMG框架角测量值，构建故障诊断零空间；

步骤二、根据CMG框架角速度测量值，构建故障诊断残差，判断CMG是否发生故障；

步骤三、判断残差与零空间中各向量的夹角余弦A_Cos,i，进行单故障情况下的故障定位；当A_Cos,i满足A_Cos,iA_Cos,th时，则认为第i个CMG发生故障，否则执行步骤四；i＝1,2,…,N，A_Cos,th为设定的阈值；

步骤四、通过分组判断，进行多故障情况下的故障定位与验证。

步骤一中，根据下式计算故障诊断零空间V：

V＝I_N×N-Jacob^T(Jacob·Jacob^T)^-1Jacob，