[发明专利]一种适用于仿射非线性系统的故障可诊断性分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于仿射非线性系统的故障可诊断性分析方法，属于卫星控制领域。

背景技术

控制系统是实现卫星姿态、轨道控制及各部件驱动（如太阳翼、星载天线等）的重要子系统，由于包含的运动部件多且工作模式复杂，使得其在轨故障率高。据统计表明：从1975到2007的32年中，272颗卫星发生的故障中控制系统占到了其中的37%。考虑到控制系统承担任务的重要性，一旦其发生故障，将产生十分严重的后果。为保证控制系统的故障影响降至最低，需要在设计阶段就考虑卫星的故障诊断能力。控制系统故障诊断能力的高低取决于可诊断性分析和诊断算法设计两方面，而前者又是后者的前提和基础。因为对于具有不可检测性的故障，无论设计何种诊断算法都不能实现故障的检测和隔离。然而，目前对于卫星故障诊断领域的研究多集中在诊断算法方面，对于可诊断性分析方面的研究较少。

在现有控制系统故障可诊断性分析的技术中，主要包括以下4种：通过输入/输出信息与故障之间关系构造关联矩阵；根据故障到输出之间传递函数、状态变量扩维后的新系统能观测性以及基于输出和输入信息构造的残差矢量的存在性等实现对系统故障能否可检测和可隔离进行分析。但是，上述技术存在以下问题：1）研究对象都是线性系统。卫星控制系统是执行机构、敏感器、控制器等组成的复杂非线性系统，对其进行线性化处理将忽略非线性因素的影响。特别是，由于非线性摩擦造成的执行机构（如动量轮、SADA等）故障将无法被研究，而该故障又是控制系统的一个典型故障模式。因此，要对该类非线性因素引起的系统故障进行可诊断性分析，必须考虑各种非线性因素对系统进行精细化建模；2）分析结果是定性的，即只能解释故障能否被诊断，而不能具体解释故障能够被诊断的难易程度。定量分析结果可以找出系统故障的薄弱环节，并以此指导诊断算法的设计，这是定性分析结果所无法涉及的。

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，提供了一种适用于仿射非线性系统的故障可诊断性分析方法，对摩擦等非线性因素精细化建模的控制系统进行故障可诊断性的量化分析，并以此指导故障诊断算法的设计保证了卫星控制系统的稳定性和设计的准确性。

本发明的技术解决方案是：

一种适用于仿射非线性系统的故障可诊断性分析方法包括步骤如下：

（1）将非线性闭环系统进行处理，使其变为标准仿射非线性系统；

（2）利用步骤（1）获得的仿射非线性系统，获取每个输出量对应的最小对偶分布；

（3）利用步骤（2）获得的最小对偶分布判断故障是否可检测，若可检测则进入步骤（4），否则判定故障不可检测进入步骤（9）；

（4）对步骤（3）获得的可检测性故障，进行可检测性定量分析；

（5）判断可检测性故障的定量分析结果是否为0，若为0则判定故障不可被检测进入步骤（9）；否则判定故障可检测进入步骤（6）；

（6）判断是否有其他可检测故障，若有则进入步骤（7），否则判定该故障不可被隔离，进入步骤（9）；

（7）对步骤（4）中获得的可检测性故障与其他可检测故障进行可隔离性的定量分析；

（8）判断可隔离性故障的定量分析结果是否为0，若为0则判定故障不可被隔离进入步骤（9）；否则判定故障可被隔离故障进入步骤（9）；

（9）判断是否遍历仿射非线性系统的所有输出量，若没有则进入步骤（2），若遍历所有则进入步骤（10）；

（10）结束。

所述步骤（1）获得的标准化仿射非线性系统为：