一种基于故障要素描述的卫星控制系统故障识别方法，首先确定描述卫星控制系统发生各种系统故障、部件故障、模块故障、器件故障时对应的故障特征参数；然后利用故障特征参数对已知的卫星控制系统的故障模式进行规范描述，并利用规范描述后的故障模式构建故障模式树，故障模式树中的每一个交叉点都是卫星中的一个实体，交叉点采用故障特征参数组合描述，交叉点之间的各连线作为下一级故障源对上一级故障的故障特征参数的影响通道；当故障发生时，查找故障所在交叉点至与其有联系的最低/高级交叉点的所有影响通道的组合作为计算通道，即可获得可能的故障源头/故障引发对象。本发明专利技术故障识别方法简单、明确，易于工程实现。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种卫星控制系统的故障诊断方法。
技术介绍
从广义上讲，故障是指产品出现了偏离出设计范围的工况，导致其输出或是状态不能够满足使用要求。从卫星控制系统的故障表现上看，故障集中表现为两个方向系统故障和部件故障，其中，系统故障由部件发生故障或由系统设计的缺陷导致系统失控或是技术指标不满足要求；部件故障是卫星失效的主要原因，这涉及到部件设计、使用条件、元器件老化、单粒子事件等多方面的原因，但是最终的表现形式可能较为单一，或者说接口数据上的表现形式还无法完整的表述出故障的详细特征，这种故障原因多样性和表现形式的单一决定了准确的描述故障较为困难。目前，针对故障定位的研究主要分为两大类，第一是基于机理或是在线学习类的方法对系统输出的特征进行辨识，当相对正常情况有异常表现则定为故障；第二是基于专家系统，通过积累专家对系统或是部件的性能认识，在其主要参数出现异常时能够直接判断出故障形式。比较来说，第一种方法能更全面的解决某一固定系统或是部件的故障判断，但显然对系统认知的程度要求较高，对系统原有积累的故障模式也没有充分利用，且在系统趋向于复杂时会导致故障诊断系统也必须趋向于更高阶次，算法的可扩展性较差。第二种方法主要是通过逻辑判断的方式将故障因果体现出来，诊断系统扩容不会由于系统的复杂而变得过于庞大或是不易实现，但这种方法得到的结果较为单一，一般仅是给出从故障源到故障发生点的因果关系，但显然故障影响可能存在多种可能性。对卫星控制系统的故障诊断要求主要有如下几个方面第一故障定位方式必须涵盖系统至元器件所有的层面；第二 对现有发生过的故障或是FMEA等方法研究得出的故障模式能够直接利用，避免浪费原有的可靠性分析工作；第三新增故障模式或是删除已有的故障模式简单，不影响故障分析的实现方法，计算简便、稳定；第四在实现故障定位的同时，还能够对故障点进行故障影响分析。显然上述两种现有的故障定位方法已经无法满足对卫星控制系统特殊的故障诊断要求。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种卫星控制系统故障识别方法，采用故障要素来描述故障的主要特征，基于该特征形成卫星控制系统四级故障模式的树状结构，通过关联关系，实现对故障反应预测和故障源识别等多方面的功能。本专利技术的技术解决方案是，包括如下步骤(I)确定描述卫星控制系统发生各种系统故障、部件故障、模块故障、器件故障时对应的故障特征参数，故障特征参数的异常对应故障的发生；其中系统故障级别最高，部件故障次之，器件故障级别最低；(2)利用故障特征参数对已知的卫星控制系统的故障模式进行规范描述，每一种故障模式描述均包括故障名称、故障环境、故障源、故障表现、故障影响对象以及影响度；其中，故障源从所属故障模式对应的故障级别的低一级别的故障中选取，故障影响对象从所属故障模式对应的故障级别的高一级别的故障中选取，影响度从O I之间取值，影响度数值越大表明导致故障影响对象发生故障的概率越大；(3)利用规范描述后的故障模式构建故障模式树,故障模式树中的每一个交叉点都是卫星中的一个系统、部件、模块或者器件，交叉点采用故障特征参数组合描述对应多种故障模式，交叉点之间的各连线作为下一级故障源对上一级故障的故障特征参数的影响通道，影响通道的值为影响度，各影响通道的值写成矩阵的形式后形成影响度邻接矩阵；(4)当故障发生时，查找故障所在交叉点至与其有联系的最低级交叉点的所有影响通道的组合作为故障引入组合，以及故障所在交叉点至与其有联系的最高级交叉点的所有影响通道的组合作为故障后果组合，并用邻接矩阵分别描述故障引入组合以及故障后果组合；(5)计算故障引入组合中各组合所包含的影响度邻接矩阵的乘积，结果矩阵中最大系数对应的最低级交叉点判断为引起故障的源头；计算故障后果组合中各组合所包含的影响度邻接矩阵的乘积，结果矩阵中最大系数对应的上一级交叉点判断为故障引发的故障对象。本专利技术与现有技术相比的优点在于(I)本专利技术方法以故障要素作为描述卫星控制分系统故障的手段，通过在描述故障时的核心要素，如故障源、故障现象以及影响度等，实现对故障模式的清晰、有效表达；(2)本专利技术方法对以往发生过的故障模式或分析出的故障模式进行整理，并对卫星控制分系统进行四级分类，形成故障模式树，此树能完整展现整个卫星控制分系统的故障影响关系，便于故障的识别；(3)本专利技术方法借鉴图论和矩阵运算的相关内容，在故障模式树的基础上，形成总体相关度矩阵，从而可以实现故障定位和故障影响分析两个方面的功能；(4)本专利技术的故障识别方法简单、明确，对于新的故障模式添加方便，具有极好的可扩展性，计算方法适于工程实现。附图说明图1为本专利技术方法的流程框图；图2为本专利技术方法中描述故障模式的核心故障要素组成；图3为本专利技术方法中核心故障要素与非核心故障要素的关系图；图4为本专利技术方法中系统级故障关键参数表；图5为本专利技术方法中部件级故障关键参数表；图6为本专利技术方法中故障标号格式；图7为本专利技术方法中卫星控制分系统故障模式树状结构；图8为本专利技术方法中各级故障模式之间关联的示例。具体实施例方式针对卫星控制系统的特殊故障诊断要求，可以通过规范卫星控制系统故障的描述，尽可能实现通过简洁有效的属性描述方式将故障的特征描述完整，尤其是能够将故障发生的源头和影响建立起基本关联，形成关联矩阵；并能够适应分系统、部件、模块、元器件四级故障分析体系，即元器件故障会导致模块输出异常、模块故障会在部件上有反应、部件故障会引起系统指标出现问题。为此，本专利技术方法将四级故障按照功能性质划分成树状结构，连接纽带是故障影响通道，即下级的故障源导致上级的故障表现，并且，对卫星控制系统四个层面主要的故障模式用规范的故障要素描述，将影响因素量化，并形成列表数据；故障影响通道由邻接矩阵沟通，由此可实现(I)当一个部件或是模块发生故障时，能够很快的分析出系统或部件或模块发生怎样的故障反应；(2)当一个故障反应被检测到后，能够由此向下推导出所有可能导致此故障反应的部件或模块，并给出故障可能性最大的故障点。图1为本专利技术方法的实现流程。本专利技术的步骤为(I)确立卫星控制系统故障特征参数命名的规范，分别给出各类部件、器件和系统故障时的故障情况的核心描述术语，即为系统、部件、模块、器件的故障特征参数，当参数异常时则认为发生故障；(2)基于故障特征参数，形成故障模式的核心要素，实现对卫星控制系统故障模式的规范描述，包括故障名称、时间、环境、故障源、故障表现和影响域等，并要求故障要素描述中必须包含下一级故障源与上一级发生故障的贡献程度，由影响度进行描述；按照卫星控制系统四级故障模式分析的要求，每一例故障模式的分析必须明确给出最少两级间的故障影响程度；其中影响度若为1，表示下一级故障必然导致上一级发生某一类故障，若是为0，表示两个定点间无直接影响，若在(0，1)之间，表明故障的影响存在一定的可能性，一般表征下一级故障只有在其它条件满足时才能触发上一级故障，如多重故障发生或是其它环境因素、特殊工况诱发；(3)基于对卫星控制系统四级故障模式的划分，将所有已知(已发生或已分析出的)的卫星控制系统故障模式进行规范描述后，形成卫星控制系统故障分析的树状结构，基于图论中树的定义，树状结构的每一个交叉点都是卫星中某一个实体，如姿本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于故障要素描述的卫星控制系统故障识别方法，其特征在于包括如下步骤：(1)确定描述卫星控制系统发生各种系统故障、部件故障、模块故障、器件故障时对应的故障特征参数，故障特征参数的异常对应故障的发生；其中系统故障级别最高，部件故障次之，器件故障级别最低；(2)利用故障特征参数对已知的卫星控制系统的故障模式进行规范描述，每一种故障模式描述均包括故障名称、故障环境、故障源、故障表现、故障影响对象以及影响度；其中，故障源从所属故障模式对应的故障级别的低一级别的故障中选取，故障影响对象从所属故障模式对应的故障级别的高一级别的故障中选取，影响度从0～1之间取值，影响度数值越大表明导致故障影响对象发生故障的概率越大；(3)利用规范描述后的故障模式构建故障模式树，故障模式树中的每一个交叉点都是卫星中的一个系统、部件、模或者器件，交叉点采用故障特征参数组合描述对应多种故障模式，交叉点之间的各连线作为下一级故障源对上一级故障的故障特征参数的影响通道，影响通道的值为影响度，各影响通道的值写成矩阵的形式后形成影响度邻接矩阵；(4)当故障发生时，查找故障所在交叉点至与其有联系的最低级交叉点的所有影响通道的组合作为故障引入组合，以及故障所在交叉点至与其有联系的最高级交叉点的所有影响通道的组合作为故障后果组合，并用邻接矩阵分别描述故障引入组合以及故障后果组合；(5)计算故障引入组合中各组合所包含的影响度邻接矩阵的乘积，结果矩阵中最大系数对应的最低级交叉点判断为引起故障的源头；计算故障后果组合中各组合所包含的影响度邻接矩阵的乘积，结果矩阵中最大系数对应的上一级交叉点判断为故障引发的故障对象。...
【技术特征摘要】
1.一种基于故障要素描述的卫星控制系统故障识别方法，其特征在于包括如下步骤 (1)确定描述卫星控制系统发生各种系统故障、部件故障、模块故障、器件故障时对应的故障特征参数，故障特征参数的异常对应故障的发生；其中系统故障级别最高，部件故障次之，器件故障级别最低； (2)利用故障特征参数对已知的卫星控制系统的故障模式进行规范描述，每一种故障模式描述均包括故障名称、故障环境、故障源、故障表现、故障影响对象以及影响度；其中，故障源从所属故障模式对应的故障级别的低一级别的故障中选取，故障影响对象从所属故障模式对应的故障级别的高一级别的故障中选取，影响度从O I之间取值，影响度数值越大表明导致故障影响对象发生故障的概率越大； (3)利用规范描述后的故障模式构建故障模式树,故障模式树中的每一个交叉点都是...
【专利技术属性】
技术研发人员：王大轶，王南华，刘新彦，郭建新，常建松，李艳华，吕楠，甘永，刘成瑞，邢琰，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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