本发明专利技术一种基于平衡方程等价性的陀螺故障诊断方法，公开了一种适用于航天器陀螺故障诊断方法，首先将具有冗余测量的5个陀螺以四个陀螺为一组合形成5个陀螺组，并在每一陀螺组中任意选择一组平衡方程计算其平衡方程系数及平衡方程误差；然后，针对每组陀螺根据其平衡方程系数计算得到与构型相关参量，并将该参量与设定的故障阈值的乘积作为故障判断依据值；最后，将每组陀螺的平衡方程误差与其计算故障判断依据值进行比较，根据所有陀螺组比较结果对故障陀螺进行定位。本发明专利技术基于陀螺组平衡方程之间的等价性结论，以算法最小计算量基础上实现了陀螺故障准确诊断效果，同时对故障判断阈值给出了明确的选取原则，具有很强的工程可操作和可实现性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航天器姿态控制领域，特别是一种基于平衡方程等价性的陀螺故障诊 断方法，用于进行航天器上配置陀螺的故障诊断。
技术介绍
卫星控制系统中，姿态测量敏感器陀螺的测量是获取星体角速度实现星体姿态有 效控制的关键部件，是影响航天器稳定运行和制约航天器在轨寿命关键因素。虽然航天器 系统仅配置3个测量轴不共面的陀螺便能实现对星体三轴角速度测量，但为了保证航天器 长寿命和高可靠稳定运行，控制系统一般配置多于三个的冗余陀螺。 航天器陀螺故障诊断一般基于冗余陀螺中的四个陀螺测量所形成平衡方程的误 差来对陀螺故障进行判断，即由3个陀螺测量值计算得到的星体角速度在其它陀螺测量轴 方向上投影与其测量的偏差作为故障判断依据。为了对故障陀螺定位，参与平衡方程陀螺 故障诊断的陀螺数目不能少于5。5个陀螺中任意四个陀螺组合不妨记为{i、j、k、l}，可根 据其测量输出A gi、Agp Agk、Ag1及其安装单位矢量VG η VGp VGk JG1建立如下四个不同 形式的平衡方程： 其中，ε ijkl、ε ijlk、ε ilkj、ε ^为对应平衡方程的误差，四平衡方程中的3个系数 依次为如下对应四个向量的前3个元素 ，BP目前基于平衡方程的陀螺故障方法一般对5个陀螺按照特定陀螺顺序得到的5个 平衡误差与事先选定的固定故障判断阈值进行判断。但由于其中任意组合U、j、k、1}在 相同陀螺测量值下得到的ειΛ1、e i]lk、eilk]、气kll误差值均有可能不同，因此即使对于同 一组合可能会由于平衡方程选取不同而使得判断结果出现不同，从而导致对陀螺故障判断 出现不准确的情况，此外事先设定好的固定阈值对于其它不同陀螺组合也可能无法完全适 应。为了解决上述方法问题，另一种常采用的方式就是将陀螺所有平衡方程误差均用于陀 螺故障判断，并针对每个平衡方程设计一个故障判断阈值。由5个陀螺存在4个陀螺组且 每个陀螺组存在4个平衡方程可知，共需要计算20个平衡方程的误差值并设计20个故障 判断阈值。虽然该方法可提高陀螺故障诊断的准确性，但该方法以牺牲陀螺故障诊断计算 量和系统设计量为代价获得的。 基于理论分析得到的对于同一陀螺组合下如式（Ia)~（Id)的四个平衡方程等价 性结论，即对于任意的一陀螺组合，其任意一平衡方程中的陀螺测量值的系数之比与该组 合中其它平衡方程中以同样陀螺顺序排列的系数之比存在着固定的比例关系，本专利技术提出 了，实现了仅5个平衡方程采用固定阈值故 障方法的计算量和基于所有平衡方程方法故障诊断方法的诊断效果，并给出了合理的故障 阈值选择方式。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为：提供一种基于平衡方程等价性的陀螺故障诊断方 法，利用五个陀螺组成平衡方程进行陀螺故障的准确诊断，克服现有技术中的判断方法会 出现平衡方程判断不准确导致误诊断或漏诊断的问题，或现有其它陀螺故障诊断法计算量 过大且设计量过于复杂的问题。 本专利技术的技术方案为： -种基于平衡方程等价性的陀螺故障诊断方法，包括， S1，将五个陀螺分别编号为i、j、k、l、m，并以四个陀螺组成一组的方式分成分成五 组：{i、j、k、1}、{i、j、k、m}、{i、j、l、m}、{i、k、l、m}、{j、k、l、m}分别进行平衡方程的故 障检测； S2,对陀螺组{i、j、k、1}，由陀螺i、j、k、1测量轴在星体上的安装单位矢量VG^ ￥6,61^6 1与其陀螺对应测量输出八81、八8卩八81<、八81计算平衡方程系数向量1^ 1<1和平 衡方程误差ε ijkl:[[ 按上述陀螺组{i、j、k、1}计算kljk#P ε ljkl的过程，对其它四个陀螺组{i、j、k、 m}、{i、j、l、m}、{i、k、l、m}、{j、k、l、m}分别求出其平衡方程系数向量 及其平衡方程误差 C ijkm、C ijlm、C iklm、C jklm〇 S3,对陀螺组{i、j、k、1}，根据向量k1]kl的各元素绝对值之和变量k 1]kl__以及设 定的陀螺加分判断阈值S ^^与减分判断阈值δ _ιηι2对陀螺组合中各陀螺进行相同分值 的加、减分处理： 若ε 小于k δ 一加时，对陀螺i、j、k、1的记分均进行加分处理； 若ε ijkl大于k ijkl__X δ gelim2时，对陀螺i、j、k、1记分均进行减分处理。 按陀螺组{i、j、k、l}相同处理过程，对其它四个陀螺组{i、j、k、m}、{i、j、l、m}、 {i、k、l、m}、{j、k、l、m}，分别求出其各平衡方程系数向量元素绝对值之和1^ Ληι__、1^1ηι__、 klkln__、klklni__，并结合设定阈值δ@1ιη1、δ@ 1ιη2依次对各陀螺组中的陀螺进行加、减分处 理。 S4,故障陀螺判定：在完成上述S2、S3处理后且其中出现过有陀螺记分为减分情 况时，将陀螺i、j、k、l、m中记分减小最多者判定为故障陀螺。 进一步地，包括，根据陀螺安装单位矢量所决定的构型设定阈值δ gelinil、δ gelini2，且 ?两足 δ gelim2〉δ geliml; 为避免陀螺测量正常时误诊断为故障，选取阀值δ gelinil大于陀螺给定的正常测量 误差指标范围bn_; 为避免当出现一个陀螺故障时出现多个陀螺记分下降相同导致误诊断情况，选取 ^ gelim2一般?两足 δ gelim2〉2 δ geliml〇 本专利技术与现有技术相比的优点在于： (1)本专利技术基于平衡方程等价性原理而提出，避免现有技术由于诊断时因平衡方 程选取不同而导致故障陀螺诊断结果不同的可能情况，在保持最小诊断算法计算量基础上 提高诊断结果的准确程度和诊断结果的一致性。 (2)本专利技术给出了明确的故障诊断阈值选取原则，可有效避免原有技术因诊断阈 值选取不合理出现的误诊断情况，并极大地简化了系统参数设计的复杂程度。【附图说明】 图1为本专利技术基于平衡方程等价性的陀螺故障诊断流程图；【具体实施方式】 如图1所示，本专利技术的，步骤如下： (1)利用五个陀螺 i、j、k、1、m 组成五组：{i、j、k、1}、{i、j、k、m}、{i、j、1、m}、 {i、k、l、m}、{j、k、l、m}平衡方程进行故障检测。 (2)由陀螺i、j、k、1，k测量轴在星体上的安装单位矢量VG^ VGp VGk、VG1、VG1^ 算平衡方程系数向量k1]kl、 kijkm、kiklm、kjkim. 结合上述计算平衡方程系数向量，由陀螺对应测量输出Δ gi、Δ gp Δ gk、Δ gl、Δ gm 计算干衡方f王"^差 ε ijkl、ε ijkm、ε ijlm、ε iklm、ε jklm: 其中，上述各变量的右上标"-1"表示矩阵逆运算，右上标"T"表示向量（矩阵） 的转置运算。 (3)分别对五个陀螺平衡方程的系数当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于平衡方程等价性的陀螺故障诊断方法，其特征在于，包括：S1，将五个陀螺分别编号为i、j、k、l、m，并以四个陀螺组成一组的方式分成五组：{i、j、k、l}、{i、j、k、m}、{i、j、l、m}、{i、k、l、m}、{j、k、l、m}分别进行平衡方程的故障检测；S2，对陀螺组{i、j、k、l}，由陀螺i、j、k、l测量轴在星体上的安装单位矢量VGi、VGj、VGk、VGl与其陀螺对应测量输出Δgi、Δgj、Δgk、Δgl计算平衡方程系数向量kijkl和平衡方程误差εijkl：Aijk=VGiTVGjTVGkT-1]]>kijkl=[VGlT·Aijk-1]]]>ϵijkl=kijkl×ΔgiΔgjΔgkΔgl]]>按照上述陀螺组{i、j、k、l}计算kijkl和εijkl的过程，对其它四个陀螺组{i、j、k、m}、{i、j、l、m}、{i、k、l、m}、{j、k、l、m}分别求出其平衡方程系数向量kijkm、kijlm、kiklm、kjklm及其平衡方程误差εijkm、εijlm、εiklm、εjklm；S3，对陀螺组{i、j、k、l}，根据向量kijkl的各元素绝对值之和变量kijkl_sum以及设定的陀螺加分判断阈值δgelim1与减分判断阈值δgelim2对陀螺组合中各陀螺进行相同分值的加、减分处理：若εijkl小于kijkl_sum×δgelim1时，对陀螺i、j、k、l的记分均进行加分处理；若εijkl大于kijkl_sum×δgelim2时，对陀螺i、j、k、l记分均进行减分处理；按陀螺组{i、j、k、l}相同处理过程，对其它四个陀螺组{i、j、k、m}、{i、j、l、m}、{i、k、l、m}、{j、k、l、m}，分别求出其各平衡方程系数向量元素绝对值之和kijkm_sum、kijlm_sum、kiklm_sum、kiklm_sum，并结合设定阈值δgelim1、δgelim2依次对各陀螺组中的陀螺进行加、减分处理；S4，故障陀螺判定：在完成上述S2、S3处理后且其中出现过有陀螺记分为减分情况时，将陀螺i、j、k、l、m中记分减小最多者判定为故障陀螺。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：雷拥军，刘洁，姚宁，宗红，朱琦，李晶心，曹荣向，何海锋，赵江涛，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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