衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)故障模式分析與故障診斷研究.pdf

1、姿態(tài)控制系統(tǒng)是衛(wèi)星最為關(guān)鍵的子系統(tǒng)之一，其可靠性是衛(wèi)星正常運行的基本保障，同時由于姿態(tài)控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)復雜、工作環(huán)境惡劣、未知干擾及不確定因素多的特點，姿態(tài)控制系統(tǒng)又是衛(wèi)星中最容易發(fā)生故障的分系統(tǒng)之一。在此背景下，本文以衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)作為研究對象，通過分析姿態(tài)控制系統(tǒng)各部件（動量輪、星敏感器、太陽敏感器、紅外地球敏感器）的常見故障與其各自的特征參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，研究如何依據(jù)遙測信號對衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)可能發(fā)生的故障進行有效的診斷。

2、　　首先，本文詳細分析了動量輪、星敏感器、太陽敏感器、紅外地球敏感器的結(jié)構(gòu)和工作原理，同時結(jié)合相關(guān)文獻的查閱，歸納總結(jié)出了各個部件的常見故障模式的類別、故障表現(xiàn)及故障原因，為姿態(tài)控制系統(tǒng)的故障診斷奠定了基礎(chǔ)。
　　然后，就所能獲取的衛(wèi)星遙測信號，結(jié)合衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)各部件的工作機理，本文提出了用于衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的特征參數(shù)。通過對遙測信號的分析，本文驗證了所提出的特征參數(shù)的有效性。
　　針對動量輪，本文依據(jù)動量輪各個觀測變量

3、間的物理關(guān)系，在matlab/simulink環(huán)境下建立了動量輪的仿真模型。利用Theil不一致系數(shù)法、灰色關(guān)聯(lián)度法以及頻譜分析法，本文對動量輪仿真模型進行了驗證，說明了模型的有效性。依據(jù)動量輪不同故障模式的故障機理，本文對動量輪各個故障模式進行了仿真分析，根據(jù)獲得的故障仿真信號，說明了各個故障模式對動量輪觀測變量的影響。同時通過對動量輪故障仿真信號特征參數(shù)的分析，本文得到了動量輪不同故障模式與各個特征參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)動量輪不同故障

4、模式與各個特征參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，本文利用決策樹方法提取了用于動量輪故障診斷的8條診斷規(guī)則。通過對不同工況下動量輪仿真信號的分析，本文驗證了動量輪診斷規(guī)則的有效性。
　　對于姿態(tài)敏感器，本文首先依據(jù)衛(wèi)星的姿態(tài)動力學、運動學方程以及多敏感器定姿的聯(lián)合卡爾曼濾波方法建立了衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)完整的仿真模型，然后依據(jù)各個敏感器的測量模型得到了衛(wèi)星姿態(tài)敏感器的仿真信號。根據(jù)各個敏感器不同故障模式的故障表現(xiàn)，本文對星敏感器、紅外地球敏感器、太陽敏感