[发明专利]应用于南极大口径望远镜控制系统的故障诊断方法

说明书

应用于南极大口径望远镜控制系统的故障诊断方法：(1).根据望远镜控制系统的参数利用Matlab中的Simulink仿真工具建立简化数学模型；(2).对控制系统分别注入不同类型的故障，为后期训练神经网络提供充足的不同类型故障的数据；(3).在控制系统不同故障状态下分别采集上述的执行器输出和传感器输出的数据；(4).根据输入的样本特征和输出的样本特征选取输入层，隐含层，输出层的个数；对BP神经网络进行训练，并通过检验样本数据验证神经网络的检验结果。本发明能够准确诊断出南极望远镜的故障，为后期的故障解决的方案提供充足的依据，提高系统的稳定性，本方法实现简单，有较好的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种天文望远镜控制系统的故障诊断方法，具体涉及一种应用于南极大口径望远镜控制系统的故障诊断方法，该方法可以准确诊断出南极天文望远镜的故障，有利于后期解决方案的实施。

本发明是国家自然科学基金面上项目“南极大口径望远镜潜隐故障预警及无缝智能自愈策略的研究”的成果。

背景技术

天文望远镜控制系统的故障诊断，其核心功能是实现故障的分类，有利于后期故障解决方案的实施。传统望远镜通常采用频谱分析的方法来实现控制系统的故障诊断，有效地提取信号的频率特征，但适用于频率较高的场合。

近年来，南极内陆正在成为开展天文科学研究的重要台址。其中海拔高达4093米的南极冰穹A(Dome A)是地球上进行天文观测的最佳站址之一。首先，南极的极夜现象提供了连续数月不间断观测的可能。其次，该地区大气稀薄，风速极低，视宁度极佳，有效降低了大气湍流造成的望远镜成像模糊、抖动等。此外，该地区几乎不受人工光源的影响，观测质量较高。中国在2011～2012年第28次南极科考期间，成功安装第一台全自动的南极巡天望远镜 (AST3-1)，在2016～2017年第33次南极科考期间，完成了第二台南极巡天望远镜(AST3-2)和能源支撑平台PLATO-A的维护，更新了AST3运控数据系统和天文台址监测自动气象站。

虽然南极拥有极佳的观测条件，但在高寒、低气压的条件下，对电子元件、系统和器件的正常使用都是一种严峻的考验，导致南极望远镜会出现不同程度和不同类型的故障，如执行器故障、控制器故障、传感器故障等，导致望远镜不能正常工作。能够准确诊断出南极天文望远镜的故障，有利于后期解决方案的实施。

发明内容

本发明的目的是针对频谱分析法诊断故障的不足，提供一种应用于南极大口径望远镜控制系统故障诊断的方法，该方法能够准确诊断出某类故障，有利于后期故障解决方案的实施，提高系统的可靠性。

完成上述发明任务的技术方案是：一种应用于南极大口径望远镜控制系统的故障诊断方法，其特征在于，步骤如下：

(1).根据望远镜控制系统的参数，利用Matlab中的Simulink仿真工具建立简化数学模型；

(2).由于是仿真实验，因此需对控制系统分别注入不同类型的故障，为后期训练神经网络提供充足的不同类型故障的数据；

(3).在控制系统不同故障状态下，分别采集上述的执行器输出和传感器输出的数据；

(4).根据输入的样本特征和输出的样本特征选取输入层，隐含层，输出层的个数。对BP 神经网络进行训练，并通过检验样本数据验证神经网络的检验结果。

其中，所述步骤(2)中给控制系统注入不同类型的故障。其中包括望远镜执行器恒偏差故障：即望远镜执行器的输出值与正常情况下的输出值存在固定的偏差。执行器恒偏差的表达式为：

u_iout(t)＝u_iin(t)+Δ_i (1)

其中，Δ_i为常数，i＝1,2,3…,m。