基于模糊映射关系的卫星姿态控制系统故障预防技术研究

摘要

虽然卫星平台在研制过程中遵照严格的质量管理体系，但由于复杂的系统组成和恶劣的工作环境，卫星不可避免地会发生在轨故障。卫星姿态控制系统发生在轨故障，会引起卫星指向性能下降，甚至功能失效，引起整星任务失败，造成不可估量的经济和资源损失。开展卫星在轨故障预防技术研究，对于在轨维修和维护，避免故障传播，减少故障发生率具有重要意义。本文针对卫星姿态控制系统(Satellite Attitude Control System,SACS)开展在轨卫星故障预防技术研究，分析姿态控制系统关键部件及其典型故障的成因、形式及危害，建立典型故障与预防措施的模糊映射关系；研究基于系统能耗约束的预防措施选择策略和基于系统可靠性预测的预防措施选择策略，为实施最优预防措施提供决策支持。
　　首先，分析卫星姿态控制系统的组成结构与工作机理，对姿态控制系统的关键部件的故障成因、故障模型及故障影响进行分析。调研大量文献资料，针对典型执行器、传感器和控制器配置，建立故障数学模型，分析其故障成因及影响。
　　其次，研究了典型故障与预防措施的对应关系。根据系统姿态指向误差，将系统划分为多个故障等级，从软硬件的角度将常用预防措施进行分类。在总结分析现有部件常见故障应对措施的基础上，建立了基于故障等级的故障与预防措施的对应关系。
　　再次，研究了基于系统能耗约束的故障预防措施选择方法。研究了基于执行能耗约束的故障预防技术。针对执行机构部分失效的故障情况，引入系统采取预防措施所需执行能耗约束的概念，分析能耗约束对预防措施选择的影响，建立了基于系统能耗指标约束的故障与预防措施模糊映射关系。
　　最后，研究了基于系统可靠性指标预测的故障预防措施选择方法。针对可采取多种预防措施的故障情形，研究系统的故障恢复代价，引入可靠因子来描述恢复代价对系统可靠性的影响。利用Petri网模型描述系统采取故障预防措施后的状态转移模型，对系统从所处状态开始退化的可靠运行时间进行预测，结合可靠因子与可靠运行时间预测结果获得不同预防措施下的系统可靠性指标，将可靠性指标结果作为预防措施选择的决策依据。针对动量轮卡死故障和摩擦力矩增大故障情形开展了仿真验证。

目录

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2研究现状

1.3研究内容

第二章 卫星姿态控制系统典型故障

2.1引言

2.2卫星姿态控制系统介绍

2.3姿态控制系统典型故障

2.4小结

第三章 卫星姿态控制系统典型故障与故障预防措施关系的研究

3.1引言

3.2系统故障等级与预防措施分类的研究

3.3典型故障的处理措施

3.4基于故障等级的故障与预防措施的对应关系研究

3.5小结

第四章 基于能耗约束的故障预防措施研究

4.1引言

4.2基于执行能耗的预防措施研究

4.3基于能耗约束的故障与预防措施模糊映射关系

4.4小结

第五章 基于可靠性预测的故障预防措施研究

5.1引言

5.2系统恢复代价与可靠因子的关系研究

5.3基于状态转移的可靠性预测模型

5.4仿真分析

5.5小结

第六章 总结与展望

6.1全文工作总结

6.2展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文