基于零空間向量自主優(yōu)化選擇的冗余陀螺故障定位方法
【專利摘要】基于零空間向量自主優(yōu)化選擇的冗余陀螺故障定位方法，針對(duì)冗余陀螺，根據(jù)陀螺構(gòu)型，自主計(jì)算兩個(gè)系數(shù)優(yōu)化的零空間向量，通過陀螺測(cè)量在零空間向量上的投影大小，判斷陀螺故障。獲知陀螺存在故障后，定位陀螺故障時(shí)，依次計(jì)算4個(gè)陀螺的零空間向量，通過陀螺測(cè)量在零空間向量上的投影大小，結(jié)合對(duì)可疑陀螺的排除，定位陀螺故障。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法給出了1個(gè)陀螺故障時(shí)，嚴(yán)格的故障判斷與定位邏輯，無誤判，漏判率較低；只需預(yù)置很少的參數(shù)，可在統(tǒng)一框架下適應(yīng)所有冗余(5個(gè)及5個(gè)以上)陀螺構(gòu)型，自主性強(qiáng)，計(jì)算量小。
【專利說明】基于零空間向量自主優(yōu)化選擇的冗余陀螺故障定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于零空間向量自主優(yōu)化選擇的冗余陀螺故障定位方法，屬于故障診斷領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)壽命、測(cè)量精度等要求，不同航天器配置的陀螺類型、個(gè)數(shù)不同。陀螺的壽命和可靠性嚴(yán)重影響航天器的任務(wù)使命。針對(duì)長壽命、高可靠的要求，很多航天器配置6個(gè)以上的陀螺(包括6個(gè))。當(dāng)陀螺發(fā)生故障后，如何迅速診斷并定位陀螺故障，降低漏診，避免誤診，減小故障影響，杜絕系統(tǒng)發(fā)生重大災(zāi)難，是需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。
[0003]目前，常用陀螺故障診斷方法有:狀態(tài)估計(jì)法(航天控制，2004年3期，張?jiān)频?，《基于星敏感器角速率估?jì)的陀螺故障診斷》)、測(cè)量信號(hào)分析法(數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011年第7期，裴甲瑞等，《基于小波分析模極大值的陀螺故障診斷方法》)、平衡方程法(專利CN201310108771，王新民等，《一種陀螺測(cè)量系統(tǒng)的故障診斷方法》)、等價(jià)空間法(全國第八屆空間及運(yùn)動(dòng)體控制技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議，何英姿等，《斜裝陀螺系統(tǒng)及其軟故障檢測(cè)方法》)等多種方法。
[0004]基于狀態(tài)估計(jì)的方法，使用了其它部件信息進(jìn)行陀螺故障診斷，當(dāng)相應(yīng)部件故障時(shí)，容易出現(xiàn)耦合故障，不能分離故障；基于測(cè)量信號(hào)分析的故障診斷算法，計(jì)算量大，實(shí)時(shí)性不好，對(duì)于航天器這種計(jì)算約束大、實(shí)時(shí)性要求高的情況，適用性差。
[0005]目前，在軌航天器常用的方法是平衡方程法與等價(jià)空間法，這兩種方法存在下面的技術(shù)問題:
[0006]1)使用5個(gè)陀螺的構(gòu)型眾多(若安裝9個(gè)陀螺，則有共126種)，各個(gè)構(gòu)型平衡方程的系數(shù)、判斷閾值不同，參數(shù)眾多，且參數(shù)選擇隨意性較大，參數(shù)確定的自主性較差；
[0007]2)某些較惡劣的陀螺構(gòu)型，同組平衡系數(shù)相差非常大，可能導(dǎo)致誤判。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于零空間向量自主優(yōu)化選擇的冗余陀螺故障定位方法，針對(duì)冗余陀螺，根據(jù)陀螺構(gòu)型，計(jì)算兩個(gè)系數(shù)優(yōu)化的零空間向量，通過陀螺測(cè)量在零空間向量上的投影大小，判斷陀螺故障。獲知陀螺存在故障后，定位陀螺故障時(shí)，依次計(jì)算4個(gè)陀螺的零空間向量，通過陀螺測(cè)量在零空間向量上的投影大小，結(jié)合對(duì)構(gòu)型導(dǎo)致可疑陀螺的排除，定位陀螺故障。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0010]基于零空間向量自主優(yōu)化選擇的冗余陀螺故障定位方法，步驟如下:
[0011](1)在衛(wèi)星上安裝至少5個(gè)陀螺，根據(jù)陀螺構(gòu)型計(jì)算陀螺安裝矩陣R的零空間向
量 K;所述陀螺安裝矩陣
【權(quán)利要求】
1.基于零空間向量自主優(yōu)化選擇的冗余陀螺故障定位方法，其特征在于步驟如下: (1)在衛(wèi)星上安裝至少5個(gè)陀螺，根據(jù)陀螺構(gòu)型計(jì)算陀螺安裝矩陣R的零空間向量K;所述陀螺安裝矩陣
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于零空間向量自主優(yōu)化選擇的冗余陀螺故障定位方法，其特征在于:所述步驟(1)中零空間向量K的計(jì)算方法為: (2.1)選擇陀螺安裝矩陣R對(duì)應(yīng)的陀螺中的3個(gè)，陀螺安裝向量組成3*3矩陣，計(jì)算其逆矩陣

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于零空間向量自主優(yōu)化選擇的冗余陀螺故障定位方法，其特征在于:自變量a的值具體通過如下方式確定: 求方程組RTx = O的特解，Rt為5 X 3矩陣，方程組Rtx = O有兩個(gè)特解，由該兩個(gè)特解線性組合得所述方程組的通解；令所述通解中的一元素為1，則求得通解中最大值與最小值，由所述最大值、最小值組成閉區(qū)間即為自變量a的范圍，在所述范圍內(nèi)按照預(yù)設(shè)步長，確定a值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于零空間向量自主優(yōu)化選擇的冗余陀螺故障定位方法，其特征在于:所述步驟(2)中MTmp的計(jì)算方法為: MTmp = E5x5-R(inv (RtR) Rt)，其中，E5x5為5*5單位矩陣，inv為求括號(hào)中矩陣的逆運(yùn)算； 將Kvn正交化具體為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于零空間向量自主優(yōu)化選擇的冗余陀螺故障定位方法，其特征在于:所述步驟(3)中p1、p2、Iiipm2具體通過如下方式確定:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于零空間向量自主優(yōu)化選擇的冗余陀螺故障定位方法，其特征在于:所述步驟(5)中p3、m3和m4具體通過如下方式確定:
【文檔編號(hào)】G01C25/00GK103940451SQ201410181567
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】劉一武, 湯亮, 陳守磊, 郭廷榮, 胡少春 申請(qǐng)人:北京控制工程研究所