一种基于DSP的神经网络小卫星智能故障诊断装置制造方法及图纸

技术编号:7249281 阅读:389 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
一种基于DSP的神经网络小卫星智能故障诊断装置,包括数字信号处理器DSP及其外围设备、可编程逻辑器CPLD、存储器单元、总线收发器和串口通信模块。本故障诊断装置可通过星上CAN总线监测各单机遥测参数,一旦监测到异常参数,可利用已建立的四层故障诊断BP神经网络诊断故障单机和原因,并显示结果,进行故障预警指示。同时,本故障装置还可通过采集单机地检串口信号、采集模拟量信号,进行故障诊断和预警。本故障诊断装置可对小卫星各分系统多单机的各种参数同时监测,适用于定位复杂的系统级故障,提高了小卫星测试过程中故障诊断的实时性和准确性,适应于不同配置和应用的小卫星整星测试及各分系统联合测试。(*该技术在2021年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种卫星故障诊断装置。
技术介绍
研制周期短、生产成本低是小卫星的重要优点之一,小卫星已成为大卫星的必要补充,在空间
中占有了越来越重要的地位。目前,在进行小卫星地面测试时,大多利用多台计算机采集星上各分系统、各单机的工作状态参数,而后根据设计依据文件进行人工或计算机辅助分别判别,这种方式耗费了大量时间和人力、物力成本,尤其是测试中的故障诊断方法,存在以下几个方面的问题: (1)由于小卫星各分系统单机种类繁多、参数各异,而目前采用的判别方法过于解耦,因此难以快捷的通过单参数特异判别多征兆的系统级故障;(2)现有故障诊断方法只能实时诊断出少部分简单故障原因,在复杂的故障发生后,难以模拟复现故障发生现场,致使故障原因难以准确诊断;(3)现有故障诊断方法缺乏自学习能力,不能适应不同应用中平台和有效载荷的配置差别化;(4)由于目前地面测试系统庞大、操作复杂,整星测试前的分系统联试难以利用地面测试系统资源,急需轻小型化故障诊断装置提高重要分系统联试时的故障诊断能力。
技术实现思路
本技术的技术解决问题是克服现有技术的不足,提供了一种基于DSP的神经网络小卫星智能故障诊断装置,适用于卫星地面各级测试阶段的故障诊断和预警。本技术的技术解决方案是一种基于DSP的神经网络小卫星智能故障诊断装置,包括数字信号处理器DSP、可编程逻辑器CPLD、存储器单元、总线收发器、串口通信模块;存储器单元中存储故障诊断BP神经网络算法和诊断参数的阈值;串口通信模块采集星上设备地检输出端信号并送至数字信号处理器DSP ;总线收发器采集卫星CAN总线上所监测的参数源码并送至数字信号处理器DSP ;数字信号处理器DSP通过ADC将星上模拟量转换为数字量信号,根据数据格式约定,获取所述数字量信号、参数源码或者星上设备地检输出端信号中包含的参数值,并和存储器单元中存储的对应参数的阈值进行比较,当参数值超出对应的阈值时由数字信号处理器DSP通过I/O 口发出故障预警,同时调用存储器单元中的故障诊断BP神经网络算法得到相应的故障点和故障类型送至可编程逻辑器CPLD ;可编程逻辑器CPLD启动显示器,使得显示器输出当前故障点和故障类型;当需要选择其他分系统进行故障诊断时,可编程逻辑器CPLD启动键盘并将键盘输入信息读入,上传给数字信号处理器DSP进行新参数的故障诊断过程。本技术与现有技术相比的优点在于(1)本技术故障诊断装置利用神经网络对多输入多输出的非线性模型的学习能力,可以对小卫星多单机的各种参数同时监测,易于耦合判断和定位表现复杂的系统级故障;(2)利用神经网络的鲁棒性和容错性可以使故障诊断结果更可靠,其对多故障现象的并行处理能力可以提高故障诊断的速度,满足实时性的要求;(3)神经网络具有极强的自学习功能,通过简单的学习和训练过程,易于在不同应用和配置的小卫星测试过程中灵活应用;(4)充分利用了 DSP体积小、接口功能丰富、运算速度快等优点,适用于以太网、星上CAN总线通信网等各种介质,同时适用于各分系统测试、整星联合测试等测试场合;DSP 芯片内置AD转换模块,可以用于扩展采集星上模拟信号,作为智能故障诊断装置的重要参考信息,提高诊断实时性和覆盖性。附图说明图1为本技术故障诊断装置的结构图;图2为本技术故障诊断装置的工作流程图。具体实施方式如图1所示,本技术故障诊断装置从硬件上主要包括高速数字信号处理器 DSP及其外围设备、可编程逻辑器CPLD、存储器单元、总线收发器、串口通信模块。1)本硬件的核心单元为高速数字信号处理器DSP,DSP选用TI公司的 TMS320F2812,该DSP采用了多总线的哈佛结构,总线操作时序分为取指令、指令译码、取操作数和执行指令四个阶段并行处理,极大地加快了处理速度。该芯片采用程序与数据存储器统一编址的存储体组织形式,同一块存储空间既可以映射为程序空间也可以映射为数据空间,为用户分配存储器提供了很大的灵活性。它还提供了外部存储器接口,可扩展1.5M 多的外部存储器。另外,该DSP的外设资源也非常丰富两个事件管理器模块EVA和EVB,可以处理与时间有关的时间事件和外部中断事件。该DSP还具有3个独立的CPU定时器、局域网 CAN2. OB总线控制器、16个通道的12位ADC(最小转换时间为60ns)、串行通信接口 (SCI) 等等。该DSP的开发可以利用TI公司提供的集成开发环境Code Composer Studio 2.2,为用户提供了 C/C++编译程序、汇编程序、连接程序以及基于Windows的调试程序,使用十分方便。同时,由30Mhz晶振和电源共同构成DSP的最小系统。电源芯片选用TPS73HD301, 是TI公司专门为DSP设计的供电芯片,兼顾解决观12芯片内部上电顺序的问题,提高了系统稳定性。2)复杂可编程逻辑器CPLD,CPLD选用Altera公司的CPLDMAX7128,主要用于实现各个外部扩展功能模块的片选地址译码和逻辑功能的输入和输出。同时,为减轻核心单元 DSP的负担,CPLD还完成对液晶显示屏、触摸式操作键盘等人机交互接口的控制。3)为实现本故障诊断装置的可扩展性,以具备在各不同卫星分系统下自适应应用的能力,满足编程以及升级需求,增加外扩存储器单元256K RAM和51 FLASH,分别为 Integrated Circuit Solution 公司的 IS61LV25616 芯片和 FUJITSU 公司的 MBM29LV800BA-H-* I I心/To4)小卫星星上通信主要釆用CAN总线,本故障诊断装置在参与卫星测试时将连入星上通信网以实时接收星上各分系统各单机参数,以用于实时诊断故障。为实现该装置的 CAN总线的差动发送和接收功能,选用飞利浦公司的SN65HVD230总线收发器作为DSP的 CAN控制器和物理总线间接口,与其内置的CAN控制器模块连接,该总线收发器对于各种速率的CAN传输都具有良好的收发能力,具有较强的抗宽范围共模干扰、电磁干扰的能力。5)小卫星星上设备有很大一部分配置了串口形式的地检,为方便使用本故障诊断装置与星上设备地检口通信,选用MAXIM的MAX232或者MAX489E作为串口通信模块,与 DSP2812的内置的SCI串口通信模块直接相连,可实现波特率可调的串口通信方式,利用 RS232或RS422通信标准与计算机通信。6)DSP 2812内置12位ADC,可用于采集星表下传的各单机模拟信号,如姿轨控分系统的陀螺马达电流等,ADC输入前端设置相关隔离、滤波等信号调理电路,以适应 2812ADC输入端0 3V的电压范围。系统软件部分包括数据处理程序、BP神经网络训练程序、BP神经网络应用程序、 CAN采集程序、串口采集程序、模拟量采集程序、预警中断程序以及键盘和显示程序。在运行各程序之初,首先运行各自的初始化子模块,读取保存在本地的配置文件,根据该配置文件信息,对各模块进行通信检测和状态检测,产生系统运行参数。根据小卫星故障预案处理先验知识库、在轨小卫星质量问题知识库以及各分系统和单机研制生产知识库提取出小卫星各分系统和各单机的关键参数。BP神经网络训练程序即以各分系统关键参数异常现象为神经网络本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:李黎刘一薇
申请(专利权)人:航天东方红卫星有限公司
类型:实用新型
国别省市:

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