皮纳卫星轨道控制系统设计与在轨故障诊断

摘要

小卫星发展迅速，为了完成编队飞行和小卫星星座等任务，星上需要具备一定的轨道机动能力，因此有必要发展相应的微推进技术。
　　本文在国内外微推进研究的基础上，结合实际皮纳卫星的任务需求与平台约束，设计出了体积小、重量轻、一体化多功能等优点的液氨推进系统。结合推进系统的特点和任务要求，本文完成了相应的硬件设计和软件设计。为了提高轨控系统在轨运行的安全性，提出了分层故障诊断方法，仿真验证了该方法可以有效迅速地定位出故障源。
　　本文系统地描述了轨控系统的设计方案，结合设计指标和国内外选型经验，最终确定了液氨推进系统的选型方案。设计出的液氨推进系统质量0.835kg，体积0.6L，满足各种功能性指标，同时还满足可靠性和安全性要求。
　　完成了以推进系统为核心部件的硬件电路设计和软件设计。硬件电路分为信息监测模块、控制开关模块和通信模块，并以MCU作为处理器。相应的MCU软件设计包括初始化、数据采集、通信、执行指令、紧急故障处理等模块。轨控系统的最高功耗为5.72W。
　　针对轨控系统的在轨故障诊断，本文提出了分层故障诊断方法。根据轨控系统的特征建立了轨控系统的层级架构，将轨控系统分为3层，根据各层组件的特点建立组件之间的相互关系，并提出了故障定位算法。接着以具体的轨控系统为例，分别对备层的组件进行故障检测，将分析得到的知识表示成产生式规则并建立知识库，利用层级架构作为建立推理机的依据，设计了基于规则的故障诊断专家系统。最后用MATLAB对所提方法进行数值仿真，仿真结果表明该方法可以有效迅速地定位出故障源，并且具有知识表达直观、统一和效率较高等特点。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 微小卫星轨道控制系统研究现状

1．3 轨控系统在轨故障诊断研究现状

1．4 课题研究的目的及意义

1．5 本文主要研究内容

2 轨道控制系统方案设计

2．1 设计指标

2．2 推进方案选型

2．3 本章小结

3 轨道控制系统详细设计

3．1 推进系统设计

3．1．1 预设计指标

3．1．2 推进系统方案确定

3．1．3 关键器件选型

3．1．4 关键技术设计

3．2 硬件方案设计

3．2．1 主要器件选型

3．2．2 硬件电路设计与实现

3．3 MCU软件设计

3．3．1 MCU程序流程

3．3．2 软件模块

3．4 测试结果与分析

3．4．1 电系统测试结果与分析

3．4．2 推进系统测试结果与分析

3．5 本章小结

4 轨控系统在轨故障诊断

4．1 分层故障诊断

4．1．1 基本定义和概念

4．1．2 轨控分层故障诊断架构介绍

4．2 故障诊断

4．2．1 故障检测

4．2．2 故障定位

4．3 轨控分层故障诊断方法实例

4．3．1 推进系统故障模式分析

4．3．2 分层故障诊断

4．3．3 故障诊断专家系统的设计

4．3．4 系统仿真

4．4 本章小结

5 结论

参考文献

作者简介