CN102927995A - 一种在五个陀螺仪配置下的一致性故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在五个陀螺仪配置下的一致性故障诊断方法，所述五个陀螺仪包括三个正交安装的陀螺仪Wx、Wy、Wz，和两个斜置的陀螺仪Ws、Wt；五个陀螺仪安装在一个本体结构内；所述一致性故障诊断方法步骤如下：构建五个角速度一致性故障判别公式；获得五个陀螺仪输出的角速度增量

(α=x、y、z、s、t),在滚动累加周期Δt3内进行滚动累加，得到角速度增量累加值；将角速度增量累加值代入上述五个公式，判断五个公式是否成立；并根据判断结果获得故障诊断结果。本发明的故障诊断方法既能够降低成本，又不损失导航精度和可靠性，并且能够提供无故障的角速度增量，用于导航计算。

Description

一种在五个陀螺仪配置下的一致性故障诊断方法

技术领域

本发明属于惯性导航领域，涉及一种故障诊断方法。

背景技术

为了提高捷联惯组的可靠性，目前有效的办法是采用冗余技术，其中需要对冗余结构中的同一信息测量进行故障诊断。第二炮兵工程学院的单斌和缪栋2004年第三期的《导弹与航天运载技术》杂志上，发表文献《捷联惯性测量组合的冗余设计和优化》，该文实现5个单自由度陀螺配置下的冗余优化设计，该配置采用的是圆锥体方式，即各表均匀放置在一倒圆锥体的圆周壁上，其平面夹角α＝72°，半锥顶角θ＝54.75°。虽然可以容忍二度故障(即允许两个表损坏)，但由于不存在着两两垂直的正交表，在无故障的情况下，由于斜置表要参与导航运算，必须先投影到正交轴上，这样也增加了算法的复杂度。同时受到斜置表安装工艺的限制，投影系数的精度会受影响，从而使得导航精度也受影响。

北京航天自动控制研究所的巩庆海、吕新广等人提出了《一种在加速度表八表配置下的故障诊断方法》(专利号：ZL200910243093.x)，该专利采用的冗余结构为：两套惯组配置相同，分别各有四只加速度表，其中三只正交安装(x1、y1、z1表)，一只斜置安装(s1表)，斜置加速度表可以通过投影到正交轴的方式对正交加速度表输出的一致性进行检验。该方法虽然在无故障的情况下，无需投影轴加表参与导航计算，导航精度也不受影响。但是由于采用了两套惯组进行故障诊断，不但对惯组的整体安装精度要求提高，而且也增加成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种既能够降低成本，又不损失导航精度和可靠性的一致性故障诊断方法，

本发明进一步所要解决的技术问题是提供一种既能够降低成本，又不损失导航精度和可靠性的一致性故障诊断方法，该故障诊断方法能够提供无故障的角速度增量，用于导航计算。

本发明包括如下技术方案：

一种在五个陀螺仪配置下的一致性故障诊断方法，所述五个陀螺仪包括三个正交安装的陀螺仪Wx、Wy、Wz，和两个斜置的陀螺仪Ws、Wt；五个陀螺仪安装在一个本体结构内；所述一致性故障诊断方法包括如下步骤：

(1)构建角速度一致性故障判别公式，

角速度一致性故障判别公式包括如下五个公式：

公式1： $|\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{s0}-(E_{s\_x}\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x0}+E_{s\_y}\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y0}+E_{s\_z}\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z0})|\≤{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Gs}}$

公式2： $|\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{t0}-(E_{t\_x}\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x0}+E_{t\_y}\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y0}+E_{t\_z}\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z0})|\≤{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Gt}}$

公式3：

$|E_{t\_z}\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{s0}-E_{s\_z}\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{t0}+(E_{s\_z}{E}_{t\_x}-E_{t\_z}{E}_{s\_x})\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x0}+(E_{s\_z}{E}_{t\_y}-E_{t\_z}{E}_{s\_y})\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y0}|\≤{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Gxy}}$

公式4：

$|E_{t\_y}\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{s0}-E_{s\_y}\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{t0}+(E_{s\_y}{E}_{t\_x}-E_{t\_y}{E}_{s\_x})\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x0}+(E_{s\_y}{E}_{t\_z}-E_{t\_y}{E}_{s\_z})\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z0}|\≤{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Gxz}}$

公式5：

$|E_{t\_x}\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{s0}-E_{s\_x}\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{t0}+(E_{s\_x}{E}_{t\_y}-E_{t\_x}{E}_{s\_y})\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y0}+(E_{s\_x}{E}_{t\_z}-E_{t\_x}{E}_{s\_z})\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z0}|\≤{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Gyz}}$

其中：

(α＝x、y、z、s、t)为陀螺仪输出的角速度增量；

E_{s_x}、E_{s_y}、E_{s_z}为陀螺仪Ws在正交轴的投影系数；

E_{t_x}、E_{t_y}、E_{t_z}为陀螺仪Wt在正交轴的投影系数；

ε_Gxy、ε_Gyz、ε_Gxz、ε_Gs、ε_Gt为一致性故障门限值；

Δt3为滚动累加周期；

(2)获得五个陀螺仪输出的角速度增量

(α＝x、y、z、s、t)，在滚动累加周期Δt3内进行滚动累加，得到角速度增量累加值；

(3)将第(2)步的结果代入公式1～5，判断公式1～5是否成立；并通过如下方法获得故障诊断结果；

当5个公式都成立时，则诊断为无故障；当5个公式都不成立时，则诊断为2个陀螺仪及以上故障；当公式1成立，其它公式不成立时，则诊断为陀螺仪Wt故障；当公式2成立，其它公式不成立时，则诊断为陀螺仪Ws故障；当公式3成立，其它公式不成立时，则诊断为陀螺仪Wz故障；当公式4成立，其它公式不成立时，则诊断为陀螺仪Wy故障；当公式5成立，其它公式不成立时，则诊断为陀螺仪Wx故障。

上述故障门限值根据陀螺仪的测量误差σ来确定，取6σ～9σ。

Δt3＝25·τ，τ为控制周期。

在第(3)步后还包括如下步骤：

根据故障诊断结果选择陀螺仪进行导航计算；

当无故障、或者陀螺仪Ws故障、或者陀螺仪Wt故障时，采用三个正交安装的陀螺仪Wx、Wy、Wz输出的角速度增量进行导航计算；

当三个正交安装的陀螺仪Wx、Wy、Wz中的任一个故障时，用剩余两个无故障的正交安装的陀螺仪输出其所在坐标轴的角速度增量，然后利用四个无故障的陀螺仪输出的角速度增量获得故障陀螺仪所在坐标轴的角速度增量。

当陀螺仪Wx故障时，根据陀螺仪Ws、Wt、Wy、Wz输出的角速度增量获得陀螺仪Wx所在坐标轴的角速度增量

$\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x10}=(\frac{\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{s0}-(E_{s\_y}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y0}+E_{s\_z}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z0})}{E_{s\_x}}+\frac{\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{t0}-(E_{t\_y}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y0}+E_{t\_z}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z0})}{E_{t\_x}})/2;$

当陀螺仪Wy故障时，根据陀螺仪Ws、Wt、Wx、Wz输出的角速度增量获得陀螺仪Wy所在坐标轴的角速度增量

$\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y10}=(\frac{\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{s0}-(E_{s\_x}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x0}+E_{s\_z}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z0})}{E_{s\_y}}+\frac{\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{t0}-(E_{t\_x}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x0}+E_{t\_z}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z0})}{E_{t\_y}})/2;$

当陀螺仪Wz故障时，根据陀螺仪Ws、Wt、Wx、Wy输出的角速度增量获得陀螺仪Wz所在坐标轴的角速度增量

$\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z10}=(\frac{\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{s0}-(E_{s\_x}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x0}+E_{s\_y}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y0})}{E_{s\_z}}+\frac{\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{t0}-(E_{t\_x}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x0}+E_{t\_y}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y0})}{E_{t\_z}})/2.$

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明采用五个陀螺仪进行冗余配置后安装在一个本体结构内，构成一套惯组；只需在一套惯组内实现一致性故障诊断；采用上述冗余配置方式，不但降低成本，而且降低惯组整体的安装精度的要求。

(2)本发明在五个陀螺仪配置下，可以运用测量信息和公式组进行一致性故障诊断、切除故障信息、使用正确的陀螺信息进行导航计算，算法简单实用，能够检测出所有一度故障，可靠性高。

(3)本发明优选正交轴的陀螺信息进行导航计算，这是因为正交轴陀螺信息直接敏感三轴角速率信息，无需投影计算，可以降低由于投影系数误差导致的导航误差。

附图说明

图1为本发明的陀螺五表冗余结构配置图；

图2为本发明的故障诊断方法流程图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

一、陀螺五表冗余结构

本发明的冗余结构采用五个陀螺仪组成一套惯组的形式进行配置。如图1所示，所述五个陀螺仪包括三个正交安装的陀螺仪Wx、Wy、Wz，和两个斜置的陀螺仪Ws、Wt；五个陀螺仪安装在一个本体结构内，从而构成一套惯组。五个陀螺仪固定在同一个方位安装基准面上。陀螺仪Wx、Wy、Wz的测量轴正向为箭体坐标系O-X1Y1Z1的坐标轴方向，陀螺仪Ws、Wt测量轴具体指向可以根据情况具体确定。其中，O-X1Y1Z1为箭体坐标系，OX1为纵轴，OY1为法向轴，OZ1为横向轴。陀螺仪Wx、Wy、Wz主要用于导航计算，斜置的陀螺仪Ws、Wt主要用于故障诊断和冗余计算。

二、一致性故障诊断方法

利用上述五个陀螺仪形成的冗余信息进行一致性故障诊断。如图2所示，本发明的故障诊断方法具体包括如下步骤：

(1)构建角速度一致性故障判别公式

根据空间投影原理确定如下角速度一致性故障判别公式：

公式1： $|\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{s0}-(E_{s\_x}\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x0}+E_{s\_y}\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y0}+E_{s\_z}\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z0})|\≤{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Gs}}$

公式2： $|\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{t0}-(E_{t\_x}\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x0}+E_{t\_y}\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y0}+E_{t\_z}\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z0})|\≤{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Gt}}$

公式3：

$|E_{t\_z}\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{s0}-E_{s\_z}\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{t0}+(E_{s\_z}{E}_{t\_x}-E_{t\_z}{E}_{s\_x})\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x0}+(E_{s\_z}{E}_{t\_y}-E_{t\_z}{E}_{s\_y})\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y0}|\≤{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Gxy}}$

公式4：

$|E_{t\_y}\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{s0}-E_{s\_y}\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{t0}+(E_{s\_y}{E}_{t\_x}-E_{t\_y}{E}_{s\_x})\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x0}+(E_{s\_y}{E}_{t\_z}-E_{t\_y}{E}_{s\_z})\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z0}|\≤{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Gxz}}$

公式5：

$|E_{t\_x}\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{s0}-E_{s\_x}\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{t0}+(E_{s\_x}{E}_{t\_y}-E_{t\_x}{E}_{s\_y})\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y0}+(E_{s\_x}{E}_{t\_z}-E_{t\_x}{E}_{s\_z})\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z0}|\≤{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Gyz}}$

其中：

(α＝x、y、z、s、t)为陀螺仪测量输出的角速度增量；

E_{s_x}、E_{s_y}、E_{s_z}为陀螺仪Ws在正交轴的投影系数，其根据陀螺仪Ws的安装角度确定，为已知量；

E_{t_x}、E_{t_y}、E_{t_z}为陀螺仪Wt在正交轴的投影系数，其根据陀螺仪Wt的安装角度确定，为已知量；

ε_Gxy、ε_Gyz、ε_Gxz、ε_Gs、ε_Gt为一致性故障门限值；上述故障门限值根据陀螺仪的测量误差σ来确定，一般取6σ～9σ。例如，按9σ取值，确定出一致性故障门限值：ε_GxT＝ε_GyT＝ε_GzT＝ε_Gs＝ε_Gt＝0.0901°。采用上述一致性故障门限值，可以保证其陀螺信息不会误切除。

Δt3为滚动累加周期。为降低高频干扰信号对故障诊断的影响，对角速度一致性判别进行滚动累加，累加时间段从开20ms中断以后开始，为防止长时间滚动累加误差造成影响，在允许起飞时刻进行一次清零，之后重新开始滚动累加。Δt3根据数学仿真等情况综合确定，例如累加周期可以设置为Δt3＝25·τ(τ为控制周期20ms)。

(2)获得五个陀螺仪输出的角速度增量

(α＝x、y、z、s、t)，在滚动累加周期Δt3内进行滚动累加，得到角速度增量累加值。

(3)将第(2)步的结果代入公式1～5进行计算，并将计算结果按照角速度一致性故障判别定位表进行判别定位，得到故障判别定位结果。

所述角速度一致性判别定位表如下：

表1角速度一致性故障判别定位表

表中“√”表示公式成立；

“×”表示公式不成立；

对应角速度一致性故障判别定位表，对故障进行判别和定位；具体方法如下：当5个公式都成立时，则诊断为无故障；当5个公式都不成立时，则诊断为2个陀螺仪及以上故障；当公式1成立，其它公式不成立时，则诊断为陀螺仪Wt故障；当公式2成立，其它公式不成立时，则诊断为陀螺仪Ws故障；当公式3成立，其它公式不成立时，则诊断为陀螺仪Wz故障；当公式4成立，其它公式不成立时，则诊断为陀螺仪Wy故障；当公式5成立，其它公式不成立时，则诊断为陀螺仪Wx故障。

可以根据上述一致性故障判别定位结果进行导航计算。由于斜置表存在较大的安装误差，在导航计算过程中，优选三个正交安装的陀螺仪Wx、Wy、Wz作为导航计算的陀螺，但任意一路陀螺出现故障后，进行故障切除，并使用如下的方法来选择陀螺仪进行导航计算：

表2导航计算表

表2中，Wx1、Wy1，Wz1的值是通过计算得到。

Wx1对应的角速度增量值

可通过陀螺仪Ws、Wt、Wy、Wz输出的角速度增量计算得到，利用如下公式：

$\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x10}=(\frac{\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{s0}-(E_{s\_y}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y0}+E_{s\_z}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z0})}{E_{s\_x}}+\frac{\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{t0}-(E_{t\_y}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y0}+E_{t\_z}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z0})}{E_{t\_x}})/2;$

Wy1对应的角速度增量值可通过陀螺仪Ws、Wt、Wx、Wz输出的角速度增量计算得到，利用如下公式：

$\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y10}=(\frac{\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{s0}-(E_{s\_x}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x0}+E_{s\_z}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z0})}{E_{s\_y}}+\frac{\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{t0}-(E_{t\_x}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x0}+E_{t\_z}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z0})}{E_{t\_y}})/2$

Wz1对应的角速度增量值

可通过陀螺仪Ws、Wt、Wx、Wy输出的角速度增量计算得到，利用如下公式：

$\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z10}=(\frac{\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{s0}-(E_{s\_x}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x0}+E_{s\_y}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y0})}{E_{s\_z}}+\frac{\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{t0}-(E_{t\_x}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x0}+E_{t\_y}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y0})}{E_{t\_z}})/2.$

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (5)

1.一种在五个陀螺仪配置下的一致性故障诊断方法，所述五个陀螺仪包括三个正交安装的陀螺仪Wx、Wy、Wz，和两个斜置的陀螺仪Ws、Wt；五个陀螺仪安装在一个本体结构内；其特征在于，所述一致性故障诊断方法包括如下步骤：

(1)构建角速度一致性故障判别公式，

角速度一致性故障判别公式包括如下五个公式：

公式1： $|\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{s0}-(E_{s\_x}\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x0}+E_{s\_y}\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y0}+E_{s\_z}\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z0})|\≤{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Gs}}$

公式2： $|\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{t0}-(E_{t\_x}\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x0}+E_{t\_y}\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y0}+E_{t\_z}\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z0})|\≤{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Gt}}$

公式3：

$|E_{t\_z}\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{s0}-E_{s\_z}\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{t0}+(E_{s\_z}{E}_{t\_x}-E_{t\_z}{E}_{s\_x})\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x0}+(E_{s\_z}{E}_{t\_y}-E_{t\_z}{E}_{s\_y})\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y0}|\≤{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Gxy}}$

公式4：

$|E_{t\_y}\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{s0}-E_{s\_y}\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{t0}+(E_{s\_y}{E}_{t\_x}-E_{t\_y}{E}_{s\_x})\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x0}+(E_{s\_y}{E}_{t\_z}-E_{t\_y}{E}_{s\_z})\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z0}|\≤{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Gxz}}$

公式5：

$|E_{t\_x}\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{s0}-E_{s\_x}\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{t0}+(E_{s\_x}{E}_{t\_y}-E_{t\_x}{E}_{s\_y})\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y0}+(E_{s\_x}{E}_{t\_z}-E_{t\_x}{E}_{s\_z})\·\stackrel{\mathrm{\Δt}3}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z0}|\≤{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Gyz}}$

其中：

(α＝x、y、z、s、t)为陀螺仪输出的角速度增量；

E_{s_x}、E_{s_y}、E_{s_z}为陀螺仪Ws在正交轴的投影系数；

E_{t_x}、E_{t_y}、E_{t_z}为陀螺仪Wt在正交轴的投影系数；

ε_Gxy、ε_Gyz、ε_Gxz、ε_Gs、ε_Gt为一致性故障门限值；

Δt3为滚动累加周期；

(2)获得五个陀螺仪输出的角速度增量

(α＝x、y、z、s、t)，在滚动累加周期Δt3内进行滚动累加，得到角速度增量累加值；

(3)将第(2)步的结果代入公式1～5，判断公式1～5是否成立；并通过如下方法获得故障诊断结果；

当5个公式都成立时，则诊断为无故障；当5个公式都不成立时，则诊断为2个陀螺仪及以上故障；当公式1成立，其它公式不成立时，则诊断为陀螺仪Wt故障；当公式2成立，其它公式不成立时，则诊断为陀螺仪Ws故障；当公式3成立，其它公式不成立时，则诊断为陀螺仪Wz故障；当公式4成立，其它公式不成立时，则诊断为陀螺仪Wy故障；当公式5成立，其它公式不成立时，则诊断为陀螺仪Wx故障。

2.如权利要求1所述的一种在五个陀螺仪配置下的一致性故障诊断方法，其特征在于：上述故障门限值根据陀螺仪的测量误差σ来确定，例如取6σ～9σ。

3.如权利要求1所述的一种在五个陀螺仪配置下的一致性故障诊断方法，其特征在于：Δt3＝25·τ，τ为控制周期。

4.如权利要求1所述的一种在五个陀螺仪配置下的一致性故障诊断方法，其特征在于，在第(3)步后还包括如下步骤：

根据故障诊断结果选择陀螺仪进行导航计算；

当无故障、或者陀螺仪Ws故障、或者陀螺仪Wt故障时，采用三个正交安装的陀螺仪Wx、Wy、Wz输出的角速度增量进行导航计算；

当三个正交安装的陀螺仪Wx、Wy、Wz中的任一个故障时，用剩余两个无故障的正交安装的陀螺仪输出其所在坐标轴的角速度增量，然后利用四个无故障的陀螺仪输出的角速度增量获得故障陀螺仪所在坐标轴的角速度增量。

5.如权利要求4所述的一种在五个陀螺仪配置下的一致性故障诊断方法，其特征在于，

当陀螺仪Wx故障时，根据陀螺仪Ws、Wt、Wy、Wz输出的角速度增量获得陀螺仪Wx所在坐标轴的角速度增量

$\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x10}=(\frac{\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{s0}-(E_{s\_y}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y0}+E_{s\_z}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z0})}{E_{s\_x}}+\frac{\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{t0}-(E_{t\_y}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y0}+E_{t\_z}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z0})}{E_{t\_x}})/2;$

当陀螺仪Wy故障时，根据陀螺仪Ws、Wt、Wx、Wz输出的角速度增量

获得陀螺仪Wy所在坐标轴的角速度增量

$\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y10}=(\frac{\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{s0}-(E_{s\_x}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x0}+E_{s\_z}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z0})}{E_{s\_y}}+\frac{\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{t0}-(E_{t\_x}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x0}+E_{t\_z}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z0})}{E_{t\_y}})/2;$

当陀螺仪Wz故障时，根据陀螺仪Ws、Wt、Wx、Wy输出的角速度增量获得陀螺仪Wz所在坐标轴的角速度增量

$\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{z10}=(\frac{\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{s0}-(E_{s\_x}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x0}+E_{s\_y}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y0})}{E_{s\_z}}+\frac{\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{t0}-(E_{t\_x}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{x0}+E_{t\_y}\·\mathrm{\δ}{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_{y0})}{E_{t\_z}})/2.$

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