一種基于故障要素描述的衛星控制系統故障識別方法，首先確定描述衛星控制系統發生各種系統故障、部件故障、模塊故障、器件故障時對應的故障特征參數；然后利用故障特征參數對已知的衛星控制系統的故障模式進行規范描述，并利用規范描述后的故障模式構建故障模式樹，故障模式樹中的每一個交叉點都是衛星中的一個實體，交叉點采用故障特征參數組合描述，交叉點之間的各連線作為下一級故障源對上一級故障的故障特征參數的影響通道；當故障發生時，查找故障所在交叉點至與其有聯系的最低/高級交叉點的所有影響通道的組合作為計算通道，即可獲得可能的故障源頭/故障引發對象。本發明專利技術故障識別方法簡單、明確，易于工程實現。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種衛星控制系統的故障診斷方法。
技術介紹
從廣義上講，故障是指產品出現了偏離出設計范圍的工況，導致其輸出或是狀態不能夠滿足使用要求。從衛星控制系統的故障表現上看，故障集中表現為兩個方向系統故障和部件故障，其中，系統故障由部件發生故障或由系統設計的缺陷導致系統失控或是技術指標不滿足要求；部件故障是衛星失效的主要原因，這涉及到部件設計、使用條件、元器件老化、單粒子事件等多方面的原因，但是最終的表現形式可能較為單一，或者說接口數據上的表現形式還無法完整的表述出故障的詳細特征，這種故障原因多樣性和表現形式的單一決定了準確的描述故障較為困難。目前，針對故障定位的研究主要分為兩大類，第一是基于機理或是在線學習類的方法對系統輸出的特征進行辨識，當相對正常情況有異常表現則定為故障；第二是基于專家系統，通過積累專家對系統或是部件的性能認識，在其主要參數出現異常時能夠直接判斷出故障形式。比較來說，第一種方法能更全面的解決某一固定系統或是部件的故障判斷，但顯然對系統認知的程度要求較高，對系統原有積累的故障模式也沒有充分利用，且在系統趨向于復雜時會導致故障診斷系統也必須趨向于更高階次，算法的可擴展性較差。第二種方法主要是通過邏輯判斷的方式將故障因果體現出來，診斷系統擴容不會由于系統的復雜而變得過于龐大或是不易實現，但這種方法得到的結果較為單一，一般僅是給出從故障源到故障發生點的因果關系，但顯然故障影響可能存在多種可能性。對衛星控制系統的故障診斷要求主要有如下幾個方面第一故障定位方式必須涵蓋系統至元器件所有的層面；第二 對現有發生過的故障或是FMEA等方法研究得出的故障模式能夠直接利用，避免浪費原有的可靠性分析工作；第三新增故障模式或是刪除已有的故障模式簡單，不影響故障分析的實現方法，計算簡便、穩定；第四在實現故障定位的同時，還能夠對故障點進行故障影響分析。顯然上述兩種現有的故障定位方法已經無法滿足對衛星控制系統特殊的故障診斷要求。
技術實現思路
本專利技術的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供了一種衛星控制系統故障識別方法，采用故障要素來描述故障的主要特征，基于該特征形成衛星控制系統四級故障模式的樹狀結構，通過關聯關系，實現對故障反應預測和故障源識別等多方面的功能。本專利技術的技術解決方案是，包括如下步驟(I)確定描述衛星控制系統發生各種系統故障、部件故障、模塊故障、器件故障時對應的故障特征參數，故障特征參數的異常對應故障的發生；其中系統故障級別最高，部件故障次之，器件故障級別最低；(2)利用故障特征參數對已知的衛星控制系統的故障模式進行規范描述，每一種故障模式描述均包括故障名稱、故障環境、故障源、故障表現、故障影響對象以及影響度；其中，故障源從所屬故障模式對應的故障級別的低一級別的故障中選取，故障影響對象從所屬故障模式對應的故障級別的高一級別的故障中選取，影響度從O I之間取值，影響度數值越大表明導致故障影響對象發生故障的概率越大；(3)利用規范描述后的故障模式構建故障模式樹,故障模式樹中的每一個交叉點都是衛星中的一個系統、部件、模塊或者器件，交叉點采用故障特征參數組合描述對應多種故障模式，交叉點之間的各連線作為下一級故障源對上一級故障的故障特征參數的影響通道，影響通道的值為影響度，各影響通道的值寫成矩陣的形式后形成影響度鄰接矩陣；(4)當故障發生時，查找故障所在交叉點至與其有聯系的最低級交叉點的所有影響通道的組合作為故障引入組合，以及故障所在交叉點至與其有聯系的最高級交叉點的所有影響通道的組合作為故障后果組合，并用鄰接矩陣分別描述故障引入組合以及故障后果組合；(5)計算故障引入組合中各組合所包含的影響度鄰接矩陣的乘積，結果矩陣中最大系數對應的最低級交叉點判斷為引起故障的源頭；計算故障后果組合中各組合所包含的影響度鄰接矩陣的乘積，結果矩陣中最大系數對應的上一級交叉點判斷為故障引發的故障對象。本專利技術與現有技術相比的優點在于(I)本專利技術方法以故障要素作為描述衛星控制分系統故障的手段，通過在描述故障時的核心要素，如故障源、故障現象以及影響度等，實現對故障模式的清晰、有效表達；(2)本專利技術方法對以往發生過的故障模式或分析出的故障模式進行整理，并對衛星控制分系統進行四級分類，形成故障模式樹，此樹能完整展現整個衛星控制分系統的故障影響關系，便于故障的識別；(3)本專利技術方法借鑒圖論和矩陣運算的相關內容，在故障模式樹的基礎上，形成總體相關度矩陣，從而可以實現故障定位和故障影響分析兩個方面的功能；(4)本專利技術的故障識別方法簡單、明確，對于新的故障模式添加方便，具有極好的可擴展性，計算方法適于工程實現。附圖說明圖1為本專利技術方法的流程框圖；圖2為本專利技術方法中描述故障模式的核心故障要素組成；圖3為本專利技術方法中核心故障要素與非核心故障要素的關系圖；圖4為本專利技術方法中系統級故障關鍵參數表；圖5為本專利技術方法中部件級故障關鍵參數表；圖6為本專利技術方法中故障標號格式；圖7為本專利技術方法中衛星控制分系統故障模式樹狀結構；圖8為本專利技術方法中各級故障模式之間關聯的示例。具體實施例方式針對衛星控制系統的特殊故障診斷要求，可以通過規范衛星控制系統故障的描述，盡可能實現通過簡潔有效的屬性描述方式將故障的特征描述完整，尤其是能夠將故障發生的源頭和影響建立起基本關聯，形成關聯矩陣；并能夠適應分系統、部件、模塊、元器件四級故障分析體系，即元器件故障會導致模塊輸出異常、模塊故障會在部件上有反應、部件故障會引起系統指標出現問題。為此，本專利技術方法將四級故障按照功能性質劃分成樹狀結構，連接紐帶是故障影響通道，即下級的故障源導致上級的故障表現，并且，對衛星控制系統四個層面主要的故障模式用規范的故障要素描述，將影響因素量化，并形成列表數據；故障影響通道由鄰接矩陣溝通，由此可實現(I)當一個部件或是模塊發生故障時，能夠很快的分析出系統或部件或模塊發生怎樣的故障反應；(2)當一個故障反應被檢測到后，能夠由此向下推導出所有可能導致此故障反應的部件或模塊，并給出故障可能性最大的故障點。圖1為本專利技術方法的實現流程。本專利技術的步驟為(I)確立衛星控制系統故障特征參數命名的規范，分別給出各類部件、器件和系統故障時的故障情況的核心描述術語，即為系統、部件、模塊、器件的故障特征參數，當參數異常時則認為發生故障；(2)基于故障特征參數，形成故障模式的核心要素，實現對衛星控制系統故障模式的規范描述，包括故障名稱、時間、環境、故障源、故障表現和影響域等，并要求故障要素描述中必須包含下一級故障源與上一級發生故障的貢獻程度，由影響度進行描述；按照衛星控制系統四級故障模式分析的要求，每一例故障模式的分析必須明確給出最少兩級間的故障影響程度；其中影響度若為1，表示下一級故障必然導致上一級發生某一類故障，若是為0，表示兩個定點間無直接影響，若在(0，1)之間，表明故障的影響存在一定的可能性，一般表征下一級故障只有在其它條件滿足時才能觸發上一級故障，如多重故障發生或是其它環境因素、特殊工況誘發；(3)基于對衛星控制系統四級故障模式的劃分，將所有已知(已發生或已分析出的)的衛星控制系統故障模式進行規范描述后，形成衛星控制系統故障分析的樹狀結構，基于圖論中樹的定義，樹狀結構的每一個交叉點都是衛星中某一個實體，如姿本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于故障要素描述的衛星控制系統故障識別方法，其特征在于包括如下步驟：(1)確定描述衛星控制系統發生各種系統故障、部件故障、模塊故障、器件故障時對應的故障特征參數，故障特征參數的異常對應故障的發生；其中系統故障級別最高，部件故障次之，器件故障級別最低；(2)利用故障特征參數對已知的衛星控制系統的故障模式進行規范描述，每一種故障模式描述均包括故障名稱、故障環境、故障源、故障表現、故障影響對象以及影響度；其中，故障源從所屬故障模式對應的故障級別的低一級別的故障中選取，故障影響對象從所屬故障模式對應的故障級別的高一級別的故障中選取，影響度從0～1之間取值，影響度數值越大表明導致故障影響對象發生故障的概率越大；(3)利用規范描述后的故障模式構建故障模式樹，故障模式樹中的每一個交叉點都是衛星中的一個系統、部件、模或者器件，交叉點采用故障特征參數組合描述對應多種故障模式，交叉點之間的各連線作為下一級故障源對上一級故障的故障特征參數的影響通道，影響通道的值為影響度，各影響通道的值寫成矩陣的形式后形成影響度鄰接矩陣；(4)當故障發生時，查找故障所在交叉點至與其有聯系的最低級交叉點的所有影響通道的組合作為故障引入組合，以及故障所在交叉點至與其有聯系的最高級交叉點的所有影響通道的組合作為故障后果組合，并用鄰接矩陣分別描述故障引入組合以及故障后果組合；(5)計算故障引入組合中各組合所包含的影響度鄰接矩陣的乘積，結果矩陣中最大系數對應的最低級交叉點判斷為引起故障的源頭；計算故障后果組合中各組合所包含的影響度鄰接矩陣的乘積，結果矩陣中最大系數對應的上一級交叉點判斷為故障引發的故障對象。...
【技術特征摘要】
1.一種基于故障要素描述的衛星控制系統故障識別方法，其特征在于包括如下步驟 (1)確定描述衛星控制系統發生各種系統故障、部件故障、模塊故障、器件故障時對應的故障特征參數，故障特征參數的異常對應故障的發生；其中系統故障級別最高，部件故障次之，器件故障級別最低； (2)利用故障特征參數對已知的衛星控制系統的故障模式進行規范描述，每一種故障模式描述均包括故障名稱、故障環境、故障源、故障表現、故障影響對象以及影響度；其中，故障源從所屬故障模式對應的故障級別的低一級別的故障中選取，故障影響對象從所屬故障模式對應的故障級別的高一級別的故障中選取，影響度從O I之間取值，影響度數值越大表明導致故障影響對象發生故障的概率越大； (3)利用規范描述后的故障模式構建故障模式樹,故障模式樹中的每一個交叉點都是...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王大軼，王南華，劉新彥，郭建新，常建松，李艷華，呂楠，甘永，劉成瑞，邢琰，
申請(專利權)人：北京控制工程研究所，
類型：發明
國別省市：
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