一种空间机构使用可靠性的系统控制方法及控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种空间机构使用可靠性的系统控制方法及控制系统，对空间机构的使用可靠性影响参数进行检测，获得检测值，依据检测值确定调整策略，以实现对下一控制周期的控制参数的调整，从而可以控制空间机构在下一控制周期的任务执行，因此本发明专利技术能够实现在出现影响空间机构的使用可靠性的因素时，及时地对空间机构的控制参数进行调整，提高空间机构的使用可靠性，延长空间机构的使用寿命，降低空间机构的使用成本和维修成本。

【技术实现步骤摘要】
一种空间机构使用可靠性的系统控制方法及控制系统
本专利技术属于自动化控制
，具体涉及一种空间机构使用可靠性的系统控制方法及控制系统。
技术介绍
随着我国航天技术的发展，航天应用任务日益多样，空间机构产品大量应用，且呈现出多样化的发展趋势。航天器总体发展趋势呈现高价值、长寿命特点，空间机构的功能不断增加，结构也日趋复杂，特别是随着在轨工作时间的增长，空间机构必将有许多不可预知的新型故障模式被暴露。绝大部分空间机构产品需要布局于航天器舱外，受条件所限，维护困难。因此，实现空间机构的高可靠长寿命是完成我国载人航天、深空探测等国家重大专项任务的必需，也成为世界航天技术的主要难点之一。在实际中产品的可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性是产品在设计、制造中赋予的，是产品开发者可以控制的，它是产品的一种固有特性。使用可靠性是产品在实际使用过程中表现出的一种性能保持能力的特性，它除了考虑固有可靠性的影响因素之外，还要考虑产品安装、操作使用和维修保障等方面因素的影响。因此，空间机构系统可靠性的提升可从固有可靠性和使用可靠性两个方面着手，尤其使用可靠性的维护与保持问题应该引起足够的重视。系统控制理论是在接受系统论和控制论的思想和工作方法的基础上发展起来的控制系统综合优化理论,通过分析系统内在关系，综合考虑系统各部分相互影响关系，在控制理论的基础上，对系统的控制过程进行优化和调整，实现系统整体状态最优。空间机构种类繁多，有些机构不可控，如：桁架等支撑结构；有些机构可以进行控制，如：空间机械臂、导航星间链路驱动机构等。对于机械臂等这类含多活动部件的空间可控机构，在服役过程中通过调整控制策略、优化控制参数可以提高空间机构的使用可靠性，延长机械臂的使用寿命，降低机械臂的使用成本和维修成本。现有技术中，PID控制、变结构控制、模糊控制，神经网络控制及预测控制等控制方法已经广泛应用于空间机构控制技术中，在空间机构控制过程中,控制变量和考虑因素众多，而现有的控制模型大多只关注与任务执行效果相关的影响因素，很少考虑与空间机构寿命相关的使用可靠性影响因素，且目前还没有一种从系统层面同时考虑任务执行效果相关影响因素和寿命相关使用可靠性影响因素的控制方法，导致空间机构服役周期受使用可靠性相关因素影响而缩短。因此，为了进一步提高空间机构的使用可靠性，应当考虑一种综合多种使用可靠性因素的系统控制方法，从系统层面构建保持和提升使用可靠性的控制方法与调整策略，通过控制策略的调整与自适应变化，在空间机构服役全生命周期过程中，延缓机构系统性能退化及可能引起的可靠性衰减等问题，在固有可靠性不变情况下，提高系统使用可靠性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供了一种空间机构使用可靠性的系统控制方法及控制系统，以提高空间机构的使用可靠性。本专利技术的一种空间机构使用可靠性的系统控制方法，具体步骤为：步骤101、在任务的一个控制周期结束后，检测空间机构的使用可靠性影响参数，获得所述使用可靠性影响参数的检测值；步骤102、依据所述使用可靠性影响参数的检测值，获得调整策略；步骤103、依据所述调整策略，获得下一控制周期的控制参数；步骤104、在任务的下一控制周期到来时，依据所述下一控制周期的控制参数控制空间机构执行任务。进一步地，本专利技术所述使用可靠性影响参数包括任务相关性能参数和代价相关性能参数；所述任务相关性能参数至少包括以下信息中的一个：末端位置、末端速度和碰撞力；所述代价相关性能参数至少包括以下信息中的一个：速度、负载、温度、使用频率和功耗。进一步地，本专利技术所述依据所述使用可靠性影响参数的检测值，获得调整策略，包括：依据所述任务相关性能参数的检测值，获得任务的执行结果；依据所述代价相关性能参数的检测值，获得任务的运行状态；依据所述执行结果和所述运行状态，获得调整策略。进一步地，本专利技术所述调整策略为不调整下一控制周期的控制参数或调整下一控制周期的控制参数；所述控制参数包括以下信息：任务规划约束、路径规划约束和运动控制参数。进一步地，本专利技术依据所述执行结果和所述运行状态，获得调整策略，包括：判断执行结果是否满足预设的第一条件和运行状态是否满足预设的第二条件；若所述执行结果满足预设的第一条件，且所述运行状态满足预设的第二条件，调整策略为不调整下一控制周期的控制参数；若所述执行结果满足预设的第一条件，且所述运行状态不满足预设的第二条件，调整策略为调整下一控制周期的控制参数中的路径规划约束；若所述执行结果不满足预设的第一条件，且所述运行状态满足预设的第二条件，调整策略为调整下一控制周期的控制参数中的运动控制参数；若所述执行结果不满足预设的第一条件，且所述运行状态不满足预设的第二条件，调整策略为：首先，判断空间机构是否出现故障，如果判断出空间机构出现故障，则进一步确定故障源，依据确定的故障源，对空间机构进行故障排除，再调整下一控制周期的控制参数中的任务规划约束；如果判断出空间机构未出现故障，则直接调整下一控制周期的控制参数中的任务规划约束。进一步地，本专利技术判断执行结果是否满足预设的第一条件为：令第i个任务相关性能参数的检测值表示为Ii，其中，i＝1,2,3,…,n，n为任务相关性能参数中参数的个数；在已经执行完的m个控制周期中，第i个任务相关性能参数的检测值与对应的目标值的误差表示为ΔIij，其中，j＝1,2,3…,m；从m个控制周期中取最后的k个控制周期，计算k个控制周期内第i个任务相关性能参数的累计误差Qit：其中，t为当前控制周期；判断任务相关性能参数的累计误差Qit与对应的事先设定的阈值的大小，若所有的任务相关性能参数的累计误差Qit均小于对应的阈值执行结果满足预设的第一条件，否则，执行结果不满足预设的第一条件；判断运行状态是否满足预设的第二条件为：令第i′个代价相关性能参数的检测值为Ci′，其中，i′＝1,2,3,…,n′，n′为代价相关性能参数中参数的个数；在已经执行完的m个控制周期中，代价相关性能参数对应的检测值为Ci′j，其中，j＝1,2,3…,m；从m个控制周期中取最后的k个控制周期，计算k个控制周期内第i′个代价相关性能参数的检测值的累计值Li′t：其中，t为当前控制周期；判断代价相关性能参数的检测值的累计值Li′t与对应的事先设定的阈值的大小，若所有代价相关性能参数的检测值的累计值Li′t均小于对应的阈值运行状态满足预设的第二条件；否则，运行状态不满足预设的第二条件。进一步地，本专利技术用于执行该控制方法的控制系统，该系统包括检测单元、决策单元、调整单元及控制执行单元，其中：检测单元，用于在任务的一个控制周期结束后，检测空间机构的使用可靠性影响参数，获得所述使用可靠性影响参数的检测值；决策单元，用于依据所述使用可靠性影响参数的检测值，获得调整策略；调整单元，用于依据所述调整策略，对任务的下一控制周期的预设控制参数进行调整，获得调整后的控制参数；控制执行单元，用于在任务的下一控制周期到来时，依据所述调整后的控制参数控制空间机构执行任务。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术对空间机构的使用可靠性影响参数进行检测，获得检测值，依据检测值确定调整策略，以实现对下一控制周期的控制参数的调整，从而可以控制空间机构在下一控制周期的任务执行，因此本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间机构使用可靠性的系统控制方法，其特征在于，具体步骤为：步骤101、在任务的一个控制周期结束后，检测空间机构的使用可靠性影响参数，获得所述使用可靠性影响参数的检测值；步骤102、依据所述使用可靠性影响参数的检测值，获得调整策略；步骤103、依据所述调整策略，获得下一控制周期的控制参数；步骤104、在任务的下一控制周期到来时，依据所述下一控制周期的控制参数控制空间机构执行任务。

【技术特征摘要】
1.一种空间机构使用可靠性的系统控制方法，其特征在于，具体步骤为：步骤101、在任务的一个控制周期结束后，检测空间机构的使用可靠性影响参数，获得所述使用可靠性影响参数的检测值；步骤102、依据所述使用可靠性影响参数的检测值，获得调整策略；步骤103、依据所述调整策略，获得下一控制周期的控制参数；步骤104、在任务的下一控制周期到来时，依据所述下一控制周期的控制参数控制空间机构执行任务；所述使用可靠性影响参数包括任务相关性能参数和代价相关性能参数；所述任务相关性能参数至少包括以下信息中的一个：末端位置、末端速度和碰撞力；所述代价相关性能参数至少包括以下信息中的一个：速度、负载、温度、使用频率和功耗。2.根据权利要求1所述的系统控制方法，其特征在于，所述依据所述使用可靠性影响参数的检测值，获得调整策略，包括：依据所述任务相关性能参数的检测值，获得任务的执行结果；依据所述代价相关性能参数的检测值，获得任务的运行状态；依据所述执行结果和所述运行状态，获得调整策略。3.根据权利要求2所述的系统控制方法，其特征在于，所述调整策略为不调整下一控制周期的控制参数或调整下一控制周期的控制参数；所述控制参数包括以下信息：任务规划约束、路径规划约束和运动控制参数。4.根据权利要求3所述的系统控制方法，其特征在于，依据所述执行结果和所述运行状态，获得调整策略，包括：判断执行结果是否满足预设的第一条件和运行状态是否满足预设的第二条件；若所述执行结果满足预设的第一条件，且所述运行状态满足预设的第二条件，调整策略为不调整下一控制周期的控制参数；若所述执行结果满足预设的第一条件，且所述运行状态不满足预设的第二条件，调整策略为调整下一控制周期的控制参数中的路径规划约束；若所述执行结果不满足预设的第一条件，且所述运行状态满足预设的第二条件，调整策略为调整下一控制周期的控制参数中的运动控制参数；若所述执行结果不满足预设的第一条件，且所述运行状态不满足预设的第二条件，调整策略为：首先，判断空间机构是否出现故障，如果判断出空间机构出现故障，则进一步确定故障源，依据确定的故障源，对空间机构进行故障排除，再调整下一控制周期的控制参数中的任务规划约束；如果判断出空间机构未出现故障，则直接调整下一控制周期的控制参数中的任务规划约束。5.根据权利要求4所述的系统控制方法，其特征在于，判断执行结果是否满足预设的第一条件为：令第i个任务相关性能参数的检测值表示为Ii，其中，i＝1,2,3,…,n，n为任务相关性能参数中参数的个数；在已经执行完的m个控制周期中，第i个任务相关性能参数的检测值与对应的目标值的误差表示为ΔIij，其中，j＝1,2,3…,m；从m个控制周期中取最后的k个控制周期，计算k个控制周期内第i个任务相关性能参数的累计误差Qit：

【专利技术属性】
技术研发人员：谭春林，孙汉旭，贾庆轩，刘育强，高欣，陈钢，王一帆，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京;11