故障诊断论文基于聚类分析的卫星姿态控制系统故障诊断方法研究(2)
故障诊断论文:基于聚类分析的卫星姿态控制系统故障诊断方法研究
【中文摘要】应用于卫星系统的故障诊断技术是确保卫星系统正常工作必不可少的一项关键技术,它不仅让卫星系统具有智能化修复功能,而且其诊断经验可以优化卫星系统观测点的分布。随着卫星系统越来越复杂与智能化,卫星故障诊断的能力在未来卫星技术发展中变得突出重要,并不断向更高水平发展。现代卫星系统的复杂化,使得基于模的故障诊断方法——建模难度大、灵活性差,导致基于模型的方法很难取得较好的故障诊断结果。由于基于聚类分析的故障诊断方法利用历史数据进行建模,不需要实际的物理结构模型,它能够克服基于模型的诊断方法的缺点。本论文采用基于聚类分析的故障诊断方法,开发和利用卫星监控系统所采集的历史数据。论文的研究内容主要包括以下几个方面:首先,研究基于聚类分析的数据分布特征提取方法的特点,学习聚类分析的两种算法,利用聚类算法分析拟合数据与异常数据,设计拟合数据与异常数据的差值模型,初步建立基于聚类分析的故障诊断模型。其次,对标准的飞机控制系统模型进行数值仿真,获取该模型的健康数据和故障数据,采用基于聚类分析的诊断方法进行故障诊断,依据诊断结果来完善该故障诊断模型的建模与诊断推理步骤。再次,结合卫星姿态控制系统的结构,对主要部件的数学模型做了详细分析,并研究飞轮摩擦力矩对姿态角控制效果的影响。建立卫星姿态控制系统的外在干扰力与力矩的数学模型,针对系统的执行部件与测量部件,设置了不同的故障模式并建立相应的数学模型。最后,根据卫星姿态控制系统部件的几种典型的故障模式,建立相应的simulink仿真模型,设置卫星姿态控制系统仿真参数与设定该系统的状态观测点,对这几种仿真模型进行数值仿真模拟并采集系统的健康数据与故障数据。利用聚类分析的方法对该姿态控制系统进行故障诊断。
【英文摘要】The Fault Diagnosis Technique (FDT) applied to
satellite systems is a special technique adopted to ensure the
proper functions of the systems. It can not only realize the
intelligent repaire, but the diagnosis experiences can also
optimize the observation points of the satellite systems. With
the developing tendency of more complex and intelligent of
satellite systems, FDT plays a more important role and is pushed
to reach a higher level.Because of the complexity of the modern
satellite systems, the model-based FDT, which has a complicated
modeling process and poor flexibility, can not always obtain
a good result of fault diagnosis; while the
cluster-analysis-based on history process data FDT (CBHD-FDT),
which makes use of historical data and does not need the
physical structure of systems, can overcome those short comings.
Therefore, the research in this paper is using the CBHD-FDT,
and exploring and applying the historical data gathered by the
satellite monitering system. The main content of this research is as follows:Firstly, the characteristics of the extraction
method into the data distrubuted features of CBHD-FDT are taken
into deep research. Then two kinds cluster analysis algorithms
are studied, using which the expected fitting data and the
actual abnormal data are analyzed, a variance model is built,
and the initial CBHD-FDT model is established.Then, the
numerical simulation is performed on a standard aircraft
control system, from which both the healthy and faulty data are
obtained. Further, CBHD-FDT is applied to diagnose this system,
based on the results of which, the modeling process and
diagnosis reasoning steps can be improved.What’s more,
combined with the actural structure of the satellite attitude
controling system, the mathematical models of the main
components are analyzed in details, with the influence of the
flywheel friction torque on the attitude angle controling
effects. The analytical models of the external disturbance
forces and torques loading on the satellite attitude controling
system are established. In addition, in view of specific
operating and measuring components, the corresponding
mathematical models are set under different faulure
modes.Finally, based on several typical failure modes of a
satellite attitude controling system, after the parameters of the simulation models and the state-observation points of the
system are set, the simulation model is to be built in SIMULINK.
From the running of the simulation, both healthy and faulty data
of the system can be gathered, and CBHD-FDT is applied to
perform the fault diagnosis of this controling system.
【关键词】故障诊断 控制系统仿真 历史数据 聚类分析
【英文关键词】fault diagnosis simulation of
controling system historical data cluster
analysis
【目录】基于聚类分析的卫星姿态控制系统故障诊断方法研究
摘要 4-5 ABSTRACT 5 第1章 绪论 8-20 1.1 课题背景和意义 8-9 1.2 故障诊断技术国内外进展 9-17
1.2.1 基于定性模型的故障诊断方法 10-12 1.2.2 基于定量模型的故障诊断方法 12-13 1.2.3 基于历史数据的故障诊断方法 13-14 1.2.4 基于历史数据的定量模型故障诊断方法
14-17 1.3 发展趋势 17-18 1.4 本文工作总结 18-20
第2章 基于聚类分析的故障诊断方法 20-33 2.1 引言 20
2.2 聚类算法的选取标准 20-22 2.2.1 聚类算法可行性 21
2.2.2 聚类质量评估 21-22 2.3 聚类分析的数据结构和数据类型 22-24 2.3.1 聚类分析的数据结构 22-23 2.3.2
聚类分析的数据类型 23-24 2.4 聚类算法模型建立 24-26
2.4.1 基于划分的方法 24-25 2.4.2 基于密度的方法 25 2.4.3 两种方法的比较 25-26 2.5 建立基于聚类分析的故障诊断模型 26-32 2.5.1 健康状态的聚类学习 28-30
2.5.2 系统异常状态监测 30-32 2.6 本章小结 32-33
第3章 基于聚类分析的控制系统故障诊断 33-46 3.1 引言
33 3.2 数据矢量的属性对异常检测结果的影响 33-40
3.2.1 输入为常值时 34-36 3.2.2 输入为正弦波时 36-38
3.2.3 输入为方波时 38-40 3.3 健康数据的选择对故障检测结果的影响 40-43 3.3.1 输入为常值 40-41 3.3.2 输入为方波 41-42 3.3.3 输入为正弦波 42-43 3.4 基于聚类算法的复合故障检测 43-44 3.5 本章小结 44-46
第4章 卫星姿态控制系统仿真模型的建立 46-57 4.1 引言
46 4.2 数学模型 46-55 4.2.1 卫星姿态控制系统的数学模型 46-53 4.2.2 空间环境力与力矩 53-55 4.3 控制系统的故障建模 55-56 4.4 本章小结 56-57 第5章 卫星控制系统的故障诊断 57-65 5.1 引言 57 5.2 卫星姿态控制系统的数值模拟 57-64 5.2.1 系统仿真模型 57-58
基于近邻保持嵌入的卫星姿态控制系统微小故障检测
基于近邻保持嵌入的卫星姿态控制系统微小故障检测
刘敏;陆宁云;肇刚;姜斌
【期刊名称】《空间控制技术与应用》
【年(卷),期】2018(044)002
【摘 要】以卫星姿态控制系统(ACS)为研究对象,以微小故障检测为研究目标,提出一种改进的近邻保持嵌入算法(EWMA-DNPE).针对近邻保持嵌入(NPE)算法中邻域参数无法自动设定的缺陷,通过引入动态邻域,使得动态近邻保持嵌入算法(DNPE)可根据流形的样本密度动态地选取近邻点计算权值重构矩阵.将指数加权移动平均(EWMA)引入DNPE,通过EWMA对历史故障数据的累加作用,建立SPE统计量实现微小故障的检测,并仿真验证了EWMA-DNPE算法对卫星ACS微小故障检测的有效性和可行性.
【总页数】7页(P42-48)
【作 者】刘敏;陆宁云;肇刚;姜斌
【作者单位】南京航空航天大学自动化学院,南京210016;南京航空航天大学自动化学院,南京210016;西安卫星测控中心,西安710043;南京航空航天大学自动化学院,南京210016
【正文语种】中 文
【中图分类】V448.2
【相关文献】 1.基于保持近邻判别嵌入的人脸识别 [J], 王国强;欧宗瑛;刘典婷;苏铁明
2.基于多尺度稀疏近邻图的近邻保持嵌入算法 [J], 于露
3.基于局部保持投影-加权k近邻规则的多模态间歇过程故障检测策略 [J], 张成;
郭青秀; 冯立伟; 李元
4.基于局部保持嵌入-K近邻比率密度的半导体蚀刻过程故障诊断策略 [J], 张成;郑百顺;郭青秀;冯立伟;李元
5.基于邻域保持嵌入的主多项式非线性过程故障检测 [J], 李元;姚宗禹
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基于模糊聚类分析的航天发射故障诊断技术
计算机工程与设计ComputerEngineering andDesign 2010,31(8) 1789
・人工智能・
基于模糊聚类分析的航天发射故障诊断技术
罗 眉, 张甜, 孟晓红, 赵宗涛
(第二炮兵工程学院计算机系,陕西西安710025)
摘要:为缩短航天发射时间,提高作战应急反应能力,采用模糊聚类分析的方法,建立了模糊聚类分析模型:GY2.1ag(u ̄),tliE5
U。提出了用最大差值来定义两个隶属函数之间的距离,设计了一种基于模糊聚类分析的算法F几A,有效地对实时发生的故
障与历史故障进行聚类,并找出发生故障的仪器等部器件。实验结果表明,应用上述理论可将故障定位在较小的范围。对某
型火箭的测试表明,有效率达64.7%。
关键词:航天发射;故障诊断;模糊分析;聚类;算法
中图法分类号:TP306+.3 文献标识码:A 文章编号:1000-7024(2010)08・1789—03
Technology of fault diagnosis for spaceflight launch based ON fuzzy cluster analysis
LUO Mei, ZHANG Tian, MENG Xiao—hong, ZHAO Zong—tao
(Department ofComputer,Second Artillery Engineering College,Xi’an 710025,China)
Abstract:In order to reduce the launch time and increase the capacity of emergency response operations,a model of fuzzy cluster
analysis:G and lag(ui), ∈u is established by using fuzzy clustering analysis,the maximum diference between the two membership
基于知识的卫星故障专家诊断系统的设计
基于知识的卫星故障专家诊断系统的设计
吴成茂
【摘 要】以卫星故障的诊断和排除为背景,设计了一种基于知识的卫星故障远程专家诊断系统;分析了诊断系统的总体框架,阐述了系统的工作过程;重点设计了系统的远程诊断中心,建立了系统的诊断信息流程,构建了专家知识库;考虑到操作人员对卫星设备的掌握程度不同,系统在故障判别决策上采用顺序诊断推理和快速诊断推理两种方式,提高了系统的诊断效率;同时,采用端对端保密交互和数据通信保密交互两种手段,提高了系统的保密性和安全性;通过多次卫星发射任务检验,该专家诊断系统能够准确定位卫星故障单元,具有定位准确、排故有效、安全可靠等优点,对缩短卫星发射的任务准备时间、提高航天发射的可靠性具有重大的工程意义.
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2010(018)004
【总页数】3页(P743-745)
【关键词】卫星;远程故障诊断;专家系统;诊断推理
【作 者】吴成茂
【作者单位】西昌学院信息技术系,四川,西昌,615013
【正文语种】中 文
【中图分类】TP393
0 引言 故障诊断是排除故障的基础。故障诊断系统能及时对各种异常状态做出诊断,预防或消除故障,从而提高设备运行的可靠性、安全性和有效性,把故障损失降低到最低的水平[1]。航天发射是一项高风险的事业,降低卫星故障率是降低发射风险的有效环节之一。卫星的姿态控制系统是卫星中最复杂、最关键的一个系统,它对卫星正确完成不同阶段的飞行任务具有重要作用[2]。为确保卫星不带故障上天,本文设计了一套基于知识的卫星故障专家诊断系统。该系统可以实现对卫星姿态控制系统工作状态的实时监测和故障诊断,从而提高姿态控制系统在轨运行的可靠性和安全性,并减轻地面监控人员的工作负荷,缩短了发射任务的准备周期,对提高航天发射的效率和成功率具有十分重要的意义。
1 诊断系统的总体框架设计
图1 诊断系统的总体框架
卫星的设备复杂程度较高,涵盖的知识领域较广,当设备出现故障时很难及时有效地提供技术支持并组织故障排查,从而耽误任务发射窗口。针对这种情况,在进行诊断系统设计时充分利用网络信息技术优势,建立远程诊断专家系统,实现故障诊断的有效性、及时性。整个诊断系统由诊断中心和设备测试现场工作站组成,系统的核心是远程诊断中心,它可以向卫星设备提供基于知识的智能诊断服务。系统的总体结构如图1所示。
卫星故障诊断技术方法综述
2019.29科学技术创新
直接放置法预处理后的铁粉试样,堆叠严重,经过进一步放
大后,如图4所示,可以得到较为清晰的形貌图像。但由于大量
铁粉堆积在一起,铁粉颗粒之间结合不紧密,在抽真空的过程
中,很容易扬起,污染电镜镜头。
图4直接放置法300X放大的二次电子像
超声波分散法预处理后的铁粉试样,虽然形貌像较好,但丢
失了很多其它粒度的细节,只留下相近尺寸的铁粉颗粒。
改进的试样方法预处理后的试样,形貌像很好,且保留了超
声波分散后的丢失的细节,能更好的呈现铁粉的显微形貌,而
且预处理过程简单,时间短,由于酒精的扩散让铁粉颗粒与导
电胶更好的结合,不会在抽真空的过程中,污染电镜镜头。4结论
4.1直接放置法:会造成大量铁粉堆积在一起,需要经过长
时间的吹风处理,去掉不紧实的颗粒,在抽真空过程中,仍然会
扬起少部分颗粒,污染镜头。4.2超声波分散法:同一型号的铁粉颗粒,其颗粒大小还是
有差别,在分散过程中,不同尺寸的颗粒分散在不同的液层,取
样并不能完全体现铁粉的微观形貌。
4.3改进后的试验方法:预处理过程简单,节省大量的试样
预处理时间,且能很好的体现铁粉颗粒的细节,是一种很好的
基于SEM检测的铁粉预处理方法。参考文献[1]中国冶金百科全书总编辑委员会《金属材料卷》编辑委员会.
中国冶金百科全书:金属材料[M].北京:冶金工业出版社.[2]樊子源,叶亚平,王晔,张肖璐,燕青芝.铁粉粒度对粉末冶金材
料制动摩擦性能的影响[J].粉末冶金工业,2016,26(03):28-33.[3]赵立三,区天仁,王志,韩思恭.铁粉焊条的开发与应用[J].焊接,
1988(3):1-6.
[4]曲余玲,毛艳丽,景馨,李博.钢厂氧化铁粉生产磁性材料的现
状及前景分析[J].上海金属,2016,38(5):68-72.[5]孙宏飞.微波场中高碳锰铁粉固相脱碳电磁性能研究[D].太
原:太原理工大学,2012.[6]李华彬,范芯瑜,樊荣,唐铎月,张晖,王天明.利用冶金含铁粉尘
基于G2的卫星控制系统故障诊断的半物理仿真
・16・ 空间控制技术与应用 Aerospace Control and Application 第37卷第1期 2011年2月
基于G2的卫星控制系统故障诊断的半物理仿真术
张芸香 ,武云丽 ,李智斌 ,涂俊峰
(1.北京控制工程研究所,北京100190;2.空问智能控制技术重点实验室,北京100190)
摘要:研究一种基于G2的集故障注入、故障模拟和故障诊断为一体的半物理
仿真系统,包括基于VxWorks的实时硬件模拟系统、星载姿轨控计算机、数管及
遥控遥测模拟器和专用接口箱等.开发了基于G2的以某一类典型卫星控制系统
为对象的故障诊断专家系统,并对G2外部接口进行了扩展设计.最后,以典型故
障为例,在半物理仿真平台上进行了演示验证.
关键词:卫星控制系统;故障诊断;G2
中图分类号:TP391,V448.12 文献标识码:A
文章编号:1674—1579(2011)o1—0016—05
DoI:10.3969/j.issn.1674—1579.2011.01.004
G2 Based Hardware-in-Loop System for Fault
Diagnosis of Satellite Control System
ZHANG Yunxiang ,WU Yunli 一,LI Zhibin,TU Junfeng '
( . e ng Institute of Control Engineering,Be ng 1 001 90,China;
2.Science and Technology on ace Intelligent Control Laboratory,Beifing 100190,China)
Abstract:A hardware—in—loop simulation platform based on G2 is introduced.This platform is made up of
基于证据理论聚类算法的故障诊断
第43卷增刊 2011年7月 南京航空航天大学 Journal of Nanjing University of Aeronautics 8L 学报 Astronautics Vo1.43 No.S Ju1.2011
基于证据理论聚类算法的故障诊断
洪
(1.第二炮兵工程学院302 贝 胡昌华 姜学鹏
教研室,西安,710025;2.海军航空工程学院七系,烟台,264001)
摘要:为了正确高效地诊断故障,以并发故障为例,建立了基于证据理论聚类算法的诊断模型,提出了基于 Dempster理论的聚类算法,该聚类算法既分析每个单类,还考虑单类的各种组合,并利用质心特性,将单类聚类 原型推广为适合组合类特性的聚类原型。通过故障实例说明,本文模型既适合普通故障诊断,更适合并发故障诊 断,且计算的时间复杂度较小。 关键词:故障诊断;证据理论;聚类 中图分类号:TP183 文献标识码:A 文章编号:1005—2615(2011)S一0134—04
Fault Diagnosis Based on Dempster Evidential Clustering Algorithm
Hong Bei ,Hu Changhua ,Jiang Xuepeng (1.Unit 302,Xi an Institute of Hi-Tech,Xi an,710025,China;2.Department of Strategic Missile Engineering,Naval Aeronautical and Astronautical University,Yantai,264001,China)
Abstract:To diagnose fault correctly and efficiently,a clustering algorithm based on evidence theory di—
agnostic model is established by taking the simultaneous fault as an example.The algorithm is proposed based on the Dempster theory,which analyzes each single class,and also considers various combinations
一种基于聚类分析的液体火箭发动机稳态过程故障诊断方法
一种基于聚类分析的液体火箭发动机稳态过程故障诊断方法
耿辉;张翔;张素明;安雪岩
【期刊名称】《火箭推进》
【年(卷),期】2014(040)005
【摘 要】液体火箭发动机故障诊断技术是提高液体火箭可靠性的重要手段,基于数据分析的发动机故障诊断方法是其未来重要发展方向.本文通过分析液体火箭发动机稳态过程仿真数据,提出了一种使用发动机稳态过程正常状况/故障状况数据类来实施故障诊断的方法.利用液体火箭发动机稳态过程正常状况/故障状况的仿真数据,对这一方法的正确性进行了初步分析.仿真分析结果表明,这一方法有效实用,其故障诊断效果取决于所使用的发动机正常状况/故障状况数据类的完备程度与数据质量.本文研究为液体火箭发动机稳态过程故障诊断提供了新途径,对推动液体火箭发动机故障诊断技术发展具有一定意义.
【总页数】6页(P86-91)
【作 者】耿辉;张翔;张素明;安雪岩
【作者单位】北京宇航系统工程研究所,北京100076;北京宇航系统工程研究所,北京100076;北京宇航系统工程研究所,北京100076;北京宇航系统工程研究所,北京100076
【正文语种】中 文
【中图分类】V434-34
【相关文献】 1.基于聚类分析的液体火箭发动机稳态过程故障程度评估方法 [J], 张翔;徐洪平;安雪岩;耿辉;张素明
2.液体火箭发动机稳态运行故障数据聚类分析研究 [J], 张翔;徐洪平;安雪岩;耿辉;张素明
3.基于马氏距离的液体火箭发动机稳态过程故障程度评估方法 [J], 张翔;徐洪平;安雪岩;耿辉;张素明
4.基于改进ARMA模型的火箭发动机稳态工况过程实时故障诊断方法研究 [J], 邓晨; 薛薇; 郑孟伟; 马菡
5.基于Petri网的液体火箭发动机启动过程实时在线故障诊断方法 [J], 郑永煌;田锋;李人厚;邢科义
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