[发明专利]一种卫星姿态控制系统可重构性度量方法

摘要

本发明公开了一种卫星姿态控制系统可重构性度量方法，属于航天器可重构性研究技术领域。该方法针对卫星姿态控制系统发生单个部件故障和两个部件故障情况，描述了一重故障可重构度和二重故障可重构度的概念，提出了可重构性度量指标。在基于系统可控性、可观性的理论基础上，建立了部件属性与系统可重构性判据之间的关系，采用基于深度搜索的方法实现一重故障和二重故障情形下的可重构度量指标计算。本发明可以直接针对卫星姿态控制系统在轨多种执行机构配置方案进行量化的可重构性评估，用于卫星姿态控制系统的在轨重构策略选择提供理论支持和计算依据，具有重要的理论和工程应用价值。

主权项

1.一种卫星姿态控制系统可重构性度量方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）描述可重构度量指标针对卫星姿态控制系统可重构性，将一重部件故障概念描述为：系统中只有一个独立功能的部件发生故障；将系统一重部件故障下的系统可重构度概念记为一重可重构度；一重可重构故障个数记为，一重可重构度记为，即：，表示系统所有部件个数；针对卫星姿态控制系统可重构性，将二重部件故障概念描述为：系统中有两个最小重构单元发生故障，将系统二重可重构单元故障下的系统可重构度概念记为二重可重构度；定义二重可重构度为，二重可重构故障个数标志为，表示排列组合，表示系统可能发生的两部件故障数总和，则：；（2）建立执行机构属性矩阵用表示执行机构，记某一配置下的卫星姿态控制系统执行机构个数为个，不失一般性，斜装配置的执行机构对三轴都有作用力矩，在个执行机构中，第个执行部件记为，，给每个部件标定义一个向量来描述该部件的属性，记为，其中：表示执行器编号；表示执行器安装位置，1代表x轴，2代表y轴，3代表z轴，4代表斜装；分别表示执行器安装方向与三轴之间夹角的正弦值；是故障标志位，1代表正常工作，0代表发生故障，根据步骤（1）定义的各部件属性向量，则某配置下个执行机构，建立一个属性矩阵如式（1）所示；                      （1）（3) 提出系统可重构性判据卫星姿态控制系统的线性化模型描述如下：其中：，、、、、、分别表示卫星滚转角、滚转角速率、俯仰角、俯仰角速率、偏航角、偏航角速率，；；；；；；；；；；是执行器输出力矩；为系统执行机构的安装矩阵，；为卫星三本体轴的转动惯量，表示卫星运行的轨道角速度，表示三轴安装的动量轮角动量；提取部件属性矩阵中的第六列元素构造对角矩阵M，，用属性矩阵中的第3、4、5列元素构造矩阵,，根据矩阵和，得到如下的结果：根据以上描述，对于执行机构，则；在部件故障情况下，在剩下的功能部件配置资源中如果能找到和，使得, 则系统可实现在线重构；否则，系统不可重构；卫星姿态控制系统发生一重故障情形，如果在执行机构故障情况下，剩余的执行机构中是否存在属性矩阵，使得系统可重构；发生二重故障情形，如果在执行机构和故障情况下，剩余的部件中是否存在执行部件的属性矩阵，使得系统可重构；(4) 系统可重构度量指标计算记系统可重构标志位为，1代表可重构，0代表不可重构；一重故障情况下，采用基于深度搜索方法的执行机构可重构度量指标的计算，代表发生故障的部件编号，当判断第i个部件发生故障后，系统是否可重构时，置第i个部件的健康状态为故障状态，即：；按照各部件的编号顺序，从第1个部件开始，即，计算部件故障情况下，执行机构是否可在线重构，遍历搜索下去，直到，最后计算系统的可重构度量指标；二重故障情况下，采用基于深度搜索方法的执行机构可重构度量指标的计算，，代表发生故障的两个部件编号，当判断第，部件发生故障后，系统是否可重构时，置第，部件的健康状态为故障状态，即：；按照各部件的编号顺序，从第1个部件和第2个部件开始，即，，计算部件，故障情况下，执行机构是否可在线重构；遍历搜索下去，直到，最后计算系统的可重构度量指标。