基于概率模型的故障診斷及在航天器中的應(yīng)用.pdf

1、執(zhí)行未來深空探測(cè)任務(wù)的航天器,需要具備在無人工干預(yù)條件下自主進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的能力。本文從信息處理的角度,研究了航天器自主故障診斷中的信號(hào)估計(jì)、故障檢測(cè)及診斷推理問題。此外,結(jié)合航天器典型組成結(jié)構(gòu),探討了故障診斷系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式。
　　針對(duì)單維測(cè)量信號(hào),在只有傳感器輸出數(shù)據(jù)且無冗余條件下,研究了基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的信號(hào)估計(jì)方法。通過分析已有基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解信號(hào)估計(jì)方法的不足,提出一種評(píng)價(jià)信號(hào)成分的能量指標(biāo),進(jìn)而基于此指標(biāo)提出了一

2、種估計(jì)信號(hào)的模態(tài)分量區(qū)間能量方法。針對(duì)典型信號(hào),通過不同參數(shù)設(shè)定條件下的大量仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了模態(tài)分量區(qū)間能量信號(hào)估計(jì)方法的有效性。
　　針對(duì)單傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)的故障檢測(cè)問題,研究了基于概率分布模型的故障檢測(cè)方法。將本文提出的模態(tài)分量區(qū)間能量信號(hào)估計(jì)方法與貝葉斯推理相結(jié)合,基于高斯混合模型建立無故障測(cè)量信號(hào)的概率分布模型,并將其作為基準(zhǔn)通過置信界檢測(cè)突變與緩變故障。通過針對(duì)航天器電源系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了故障檢測(cè)方法的可行性。

3、　　針對(duì)包含未知噪聲的非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)與輸出估計(jì)問題,研究了基于Dirichlet過程混合模型的信號(hào)估計(jì)方法。在高斯分布假設(shè)條件下,針對(duì)包含未知噪聲的非線性系統(tǒng),提出一種在線估計(jì)系統(tǒng)狀態(tài)與輸出的DPM-EKF濾波器。針對(duì)包含未知噪聲的非線性系統(tǒng)的輸出估計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,DPM-EKF濾波器的估計(jì)結(jié)果明顯優(yōu)于EKF濾波器的估計(jì)結(jié)果。
　　針對(duì)包含未知過程噪聲的非線性系統(tǒng)的故障診斷問題,研究了基于Shiryayev序列概率比的故

4、障檢測(cè)與隔離方法。在故障量大小未知條件下,提出一種結(jié)合Shiryayev序列概率比與預(yù)測(cè)分布的在線故障檢測(cè)與隔離方法。在本文提出的故障檢測(cè)與隔離方法中,首先應(yīng)用DPM-EKF濾波器,在線計(jì)算噪聲未知條件下非線性系統(tǒng)的輸出殘差,進(jìn)而對(duì)于未知的故障參數(shù),基于預(yù)測(cè)分布迭代計(jì)算Shiryayev序列概率比。通過航天器姿態(tài)確定系統(tǒng)的傳感器故障仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了故障檢測(cè)與隔離方法的有效性。
　　針對(duì)具有切換運(yùn)行模態(tài)的混雜系統(tǒng)故障隔離問題,研究了

5、基于有向因子圖的故障隔離方法。對(duì)于帶有切換行為的混雜系統(tǒng),通過分析貝葉斯網(wǎng)絡(luò)在故障因果性建模能力上的不足,提出了一種基于混合鍵合圖及因果路徑分析建立有向因子圖診斷模型,并基于最大后驗(yàn)概率隔離故障的方法。在航天器電源系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)中,根據(jù)混合鍵合圖構(gòu)建的有向因子圖診斷模型,以及依據(jù)最大后驗(yàn)概率準(zhǔn)則得到的診斷結(jié)果驗(yàn)證了故障隔離方法的有效性。
　　針對(duì)以總線為中心的航天器電氣連接結(jié)構(gòu),提出一種遞階化的故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu),其在電氣連接上作為