期刊发表网电话

全国热线
022-83699069

对卫星控制系统故障仿真技术的分析

作者: 发布时间:2019-11-12 11:40:13 阅读: 115 次

论文365是以论文发表,期刊发表,专利申请,专著出版为主业的网站。本站运营数年为数以万计的作者提供了良好的服务。期待与您的合作。

对卫星控制系统故障仿真技术的分析

 

摘要:现如今,航天技术与军事、科技等多个领域充分融合,航天技术水平高低成为衡量一个综合技术水平的主要标准。航天器是航天技术的载体,在运行过程中,受到环境特殊性、自身功能等因素的影响,会出现故障,导致严重的后果。而系统故障仿真技术作为一项先进的技术,能够对航天器运行情况予以监督和控制,及时发现潜在故障,并进行必要性处理,提高航天器运行有效性,充分发挥航天器功能。文章将从卫星控制系统常见故障入手,深入分析卫星控制系统故障仿真技术在故障诊断中的应用,确保飞行器始终处于安全、可靠运行状态当中,从而提升我国综合实力。

关键词:卫星控制系统;故障;仿真技术

 

前言:卫星作为航天器一种类型,无论处于哪种轨道,同武器系统相比,都要面对真空、失重等环境,长此以往,会对卫星构成一定损伤。虽然,研制卫星时,采用技术手段尽可能消除各类故障,但与一般机械设备不同,卫星自身结构复杂,在恶劣环境下运行几十年,出现故障在所难免。卫星价格非常昂贵,为了抢救出现故障的卫星,我们要对卫星进行故障仿真处理,为故障维修提供科学依据,提高故障处理有效性。

1、卫星控制系统常见故障分析

一般来说,卫星控制系统故障种类较多,常见的有以下几种:,电池阵无法展开。该故障非常严重,卫星上的蓄电池能量有限,如果卫星进入轨道之后,电池阵无法及时展开,能量全部消耗掉后,卫星将会停止工作,无法发挥作用[1]。第二,姿态敏感器部件损坏,该设备是由地球、太阳及恒星等敏感器构成,长期运行后,各部件电气、机械可能会出现故障,使得部件无法正常工作。第三,姿态敏感器安装有误,受到诸多因素的影响,可能会出现装反情况,或者产生较大的误差,导致卫星上天后出现非正常情况[2]。因此我们要积极对卫星故障进行仿真,防患于未然。

2、卫星控制系统故障仿真技术分析

本文动量轮实测故障数据获取难度较大,为了更好地分析故障模式与特征参数之间的关系,我们要对其进行故障仿真。

2.1模型构建

动量轮仿真模型可以根据动量轮各参数之间物理关系,引入到力矩控制模式当中,在MATLAB环境下构建动量轮仿真模型,如图1。具体分为三个部分,即期望控制力矩输入、PI控制器及飞轮系统。

1  动量轮仿真模型

2.2模型验证

完成模型构建,要对模型进行验证,将动量轮遥测数据划分为样本与测试数据两种,对样本数据分析,能够获得模型对应的参数,并将其代入到动量轮仿真模型中,然后将测试数据电压信号输入,获得仿真电流与转速信号,实现对模型的有效验证。如对于偏航轮来说,将10-11信号作为样本数据,能够获得动量轮模型参数,根据实际情况,采用灰色关联度法、频谱分析法等不同方式进行比较。本文采用频谱分析法,通过傅里叶变化,能够获得仿真与遥测信号,然后在特定情况下,运用假设方法比较功率谱的一致性。通过处理后发现,正常状态下,动量轮马达电流与控制电压比例系数等均保持在常值,与预期目标一致。

2.3动量轮故障分析

    ,针对卡死故障来看,根据故障机理,将期望控制力矩设置为0,超过0.05,模拟卡死故障,仿真获得动量轮输出力矩及各个变量情况。经过实践发现,当动量轮出现故障时,输出力矩迅速扰动后变为0,与卡死故障表现一致,此时,电压、马达电流受到反馈控制的影响会增加[3]。运用不同的变量进行计算,能够获得相应的结果。当看到卡死故障时,动量轮马达电流与电压会出现跳变情况,并迅速恢复到常值。

第二,对于空转来说,期望控制力矩为1N·m,并在5s时模拟该故障发生,仿真获得的动量轮输出力矩及变化如图2。当一类空转故障时,动量轮输出力矩变为0,飞轮转速保持在定值,与动量轮空转故障表象具有相似性,可见,反馈作用会随之增加。第二类故障跟上述程序一样操作。

2  空转故障时动量轮输出力矩

2.4动量轮故障诊断提取

根据上述各类故障模型仿真结果,利用决策树方法提取出故障诊断规则。所谓决策树,是指树状结构,从根节点开始,对包含若干属性的实例集组成的样本进行测试。在实践中,我们先要通过属性进行判断,检测故障,将各个故障模式视为故障状态[4]。按照信息熵原则,选择信息增益更大的属性作为参考对象,由于在实际工作中,控制电压、电流等数值我们一无所知,故要通过决策树来表示。

3、姿态敏感器故障仿真分析

在现实生活中,由于卫星姿态敏感器的数据信息获取难度较大,且涉及到的故障类型较多。因此我们要采用仿真分析方法操作,活动各个敏感器仿真信号。卫星姿态控制系统,是由卫星本体、姿态控制器及执行机构等构成,通过地面、卫星给出的期望姿态,与当前姿态进行比较,使其能够尽可能朝着期望姿态靠近,购将控制闭环回路,如图3是卫星姿态控制系统。

3  卫星姿态控制系统

3.1卡死故障仿真

星敏感器卡死故障表现为,在故障发生时,星敏感器输出保持在故障值,当星敏感器在100s时发生卡死故障,能够获得仿真信号,当出现故障时偏航角将会偏离正常值。通过对故障敏感器的仿真信号,计算获得各个特征参数值。噪声故障表现在,故障发生后,星敏的输出会偏离正常值,出现上下浮动。

3.2故障模式的实现

    为了确保卫星模式能够处于正常状态,要注意以下几点:针对故障模型进行研究,要让研究人员积极参与其中,针对故障的描述要细化到一级,但在程序设计环节,要进一步拓展接口,实现对故障模型完善,以此来推进整个系统持续运行。事实上,故障模型建立在正产模型基础之上,只要改变故障标志值,以此来改变故障状态。为了实现对故障针对性处理,要采用长久性与临时性两种模式区别故障,前者标志输入后,数值不会发生改变,仅会在人员操作下进行调整[5]。而后者用于各种瞬时故障,即不稳定故障现象,可以随之更改。

结论:根据上文所述,故障仿真作为卫星控制系统故障诊断的主要工具,故障仿真有数据仿真等多种类型,不同类型各有优势与缺陷,在实践运用中,要坚持针对性,选择适合的仿真模型,能够获得各个部件故障仿真结果,同时,还要对故障诊断进行诊断,验证诊断规则有效性,为故障维修提供科学、合理的依据,从而促进我国卫星事业持续健康发展。

参考文献:

[1]张芸香武云丽李智斌涂俊峰.基于G2的卫星控制系统故障诊断的半物理仿真[J].空间控制技术与应用2011,(01):16-20.

[2]吴迪冯志敏张刚.基于观测器的船用调距桨控制系统故障分析与仿真试验[J].船舶工程2014,(06):63-67.

[3]祁海铭程月华姜斌陆宁云邢琰.基于多状态故障的卫星姿态控制系统剩余寿命预测方法[J].南京航空航天大学学报2015,(01):29-36.

[4]李湘宁李兆光王渊丁凤林白建军.卫星推进系统泄漏故障原因分析与控制措施[J].新技术新工艺2015,(03):154-157.

[5]姚磊梅军王佳成郑建勇徐友.基于新型铁心控制的配电系统串联补偿故障限流装置的仿真分析[J].电网技术2013,(09):2507-2514.