CN104764464B - 一种利用全量信息进行飞行器冗余诊断的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用全量信息进行飞行器冗余诊断的方法，以卫星导航接收机测量的速度全量信息为基准，分别与主惯组和从惯组测量的速度全量信息进行一致性比较，根据比较的结果，判别主惯组或从惯组是否发生故障，根据判别的结果，决定选用主惯组还是从惯组在剩下的飞行时间中参与飞行控制。该方案首先利用了卫星导航信息具有高精度的特点，可作为评判低精度信息的基准，其次利用了卫星导航信息实时测量实时更新的特点，即便某一次因环境等因素造成测量误差偏大也不会带入后续的全量信息，避免了误判，最后使用了全量信息进行诊断，弥补了使用增量信息造成的漏判，显著提高系统的故障识别能力，从而显著提高飞行可靠性和发射成功率。

Description

一种利用全量信息进行飞行器冗余诊断的方法
技术领域
本发明涉及一种利用全量信息进行飞行器冗余诊断的方法。
背景技术
控制系统是火箭的神经中枢，用于火箭飞行轨道和姿态控制，保证火箭稳定飞行，确保火箭将卫星准确送入预定轨道。因此，提高控制系统的可靠性，是提高火箭飞行可靠性的关键。
运载火箭一般使用多台惯性器件的某一时间段内的增量信息进行故障诊断，判别这些惯性器件中的一台或多台是否出现故障，使用这种诊断方式故障诊断的效果有限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供了一种利用全量信息进行冗余诊断的方法，能够提高系统的故障识别能力。
本发明包括如下技术方案：
一种利用全量信息进行飞行器冗余诊断的方法，在每个控制周期，所述冗余诊断方法包括如下步骤：
将主惯组测量得到的三轴速度全量信息与卫星导航接收机测量得到的三轴速度全量信息相减获得主惯组与卫星导航接收机三轴全量速度之差，判断主惯组与卫星导航接收机同一轴的全量速度之差是否大于该轴对应的速度差门限值；当主惯组与卫星导航接收机三轴全量速度之差中的任一个大于对应的速度差门限值时，将故障连续诊断周期次数C1加1；当主惯组与卫星导航接收机的三轴全量速度之差均没有大于对应的速度差门限值时，将故障连续诊断周期次数C1清零；将从惯组输出的三轴速度全量信息与卫星导航接收机输出的三轴速度全量信息相减获得从惯组与卫星导航接收机三轴全量速度之差，判断同一轴的全量速度之差是否大于该轴对应的速度差门限值；当从惯组与卫星导航接收机三轴全量速度之差中的任一个大于对应的速度差门限值时，将故障连续诊断周期次数C2加1；当从惯组与卫星导航接收机三轴全量速度之差均没有大于对应的速度差门限值时，将故障连续诊断周期次数C2清零；
将故障连续诊断周期次数C1与次数门限值进行比较，当时，诊断出主惯组故障，当时，诊断出主惯组正常；将故障连续诊断周期次数C2与次数门限值进行比较，当时，诊断出从惯组故障；当时，诊断出从惯组正常；
当主惯组故障并且从惯组正常时，用从惯组信息进行飞行控制；当主惯组正常并且从惯组故障时，用主惯组信息进行控制；当主从惯组均正常或者主从惯组均故障时，用主惯组信息进行飞行控制。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明以卫星导航接收机测量的速度全量信息为基准，分别与主惯组和从惯组测量的速度全量信息进行一致性比较，根据比较的结果，判别主惯组或从惯组是否发生故障，根据判别的结果，决定选用主惯组还是从惯组在剩下的飞行时间中参与飞行控制。该方案首先利用了卫星导航信息具有高精度的特点，可作为评判低精度信息的基准，其次利用了卫星导航信息实时测量实时更新的特点，即便某一次因环境等因素造成测量误差偏大也不会带入后续的全量信息，避免了误判，最后使用了全量信息进行诊断，弥补了使用增量信息造成的漏判，显著提高系统的故障识别能力，从而显著提高飞行可靠性和发射成功率。
附图说明
图1为惯组及相应的坐标系示意图；
图2为本发明飞行器冗余诊断方法流程图。
具体实施方式
下面就结合附图对本发明做进一步介绍。
本发明将卫星导航接收机引入故障诊断系统，与两台惯组(一台成为主惯组，另一台成为从惯组)构成三冗余系统，以卫星导航接收机测量的速度全量信息为基准，对每台惯组测量得到的速度全量信息进行一致性检测，从而识别故障，解决单点故障问题，提高火箭飞行可靠性。
本发明的全量信息为火箭某一参数(诸如速度、位置或视速度等等)在飞行过程中任一时刻的数值。
每台惯组中含有三个陀螺、三个加速度计，如图1所示，其中：
O-XYZ为发射点惯性坐标系，其中OX指向射向，OY为发射点重力反方向，OZ按右手坐标法则定义；
O-X1Y1Z1为箭体坐标系，其中OX1为纵轴，OY1为法向轴，OZ1为横向轴；
O-XsYsZs为惯组坐标系。
Gx、Gy、Gz为三个陀螺，三个陀螺成正交安置，测量轴正向为箭头所指方向；
Ax、Ay、Az为三个加速度计，加速度计Ax、Ay、Az成正交安置，分别沿OXs、OYs、OZs轴方向安装，测量轴正向为箭头所指方向。
如图2所示，在每个控制周期，本发明的冗余诊断方法包括如下步骤：
(1)将主惯组测量得到的三轴速度全量信息与卫星导航接收机测量得到的三轴速度全量信息相减获得主惯组与卫星导航接收机三轴全量速度之差，判断主惯组与卫星导航接收机同一轴的全量速度之差是否大于该轴对应的速度差门限值；当主惯组与卫星导航接收机三轴全量速度之差中的任一个大于对应的速度差门限值时，将故障连续诊断周期次数C1加1；当主惯组与卫星导航接收机的三轴全量速度之差均没有大于对应的速度差门限值时，将故障连续诊断周期次数C1清零；将从惯组输出的三轴速度全量信息与卫星导航接收机输出的三轴速度全量信息相减获得从惯组与卫星导航接收机三轴全量速度之差，判断同一轴的全量速度之差是否大于该轴对应的速度差门限值；当从惯组与卫星导航接收机三轴全量速度之差中的任一个大于对应的速度差门限值时，将故障连续诊断周期次数C2加1；当从惯组与卫星导航接收机三轴全量速度之差均没有大于对应的速度差门限值时，将故障连续诊断周期次数C2清零。
具体方法可以用如下公式表达：
其中：
Vxz、Vyz、Vzz为主惯组的三轴速度全量信息；
Vxc、Vyc、Vzc为从惯组的三轴速度全量信息；
Vxs、Vys、Vzs为卫星导航接收机的三轴速度全量信息；
ε1、ε2、ε3分别为X、Y、Z方向惯性卫星导航速度差门限值；
ε1＝1m/s；
ε2＝1m/s；
ε3＝1m/s；
C1、C2为惯性卫星导航故障连续诊断周期次数；
kZ1、kZ2、kZ3、kC1、kC2、kC3为逻辑变量。
(2)将故障连续诊断周期次数C1与次数门限值进行比较，当时，诊断出主惯组故障，当时，诊断出主惯组正常；将故障连续诊断周期次数C2与次数门限值进行比较，当时，诊断出从惯组故障；当时，诊断出从惯组正常。
具体可用如下公式表达：
为惯性卫星导航故障连续诊断周期次数门限值，其值为10；
rZS、rCS为逻辑变量。
当主惯组发生故障时，置标志rZS＝1，否则为0；当从惯组发生故障时，置标志rCS＝1，否则为0。
(3)根据故障检测结果对mc进行赋值，具体方法如下：
根据获得的mc值进行决策：
当mc＝1：用从惯组进行控制；
mc＝0：用主惯组进行控制；
mc＝-1：用主惯组进行控制。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (3)

1.一种利用全量信息进行飞行器冗余诊断的方法，其特征在于，在每个控制周期，所述冗余诊断的方法包括如下步骤：
将主惯组测量得到的三轴速度全量信息与卫星导航接收机测量得到的三轴速度全量信息相减获得主惯组与卫星导航接收机三轴全量速度之差，判断主惯组与卫星导航接收机同一轴的全量速度之差是否大于该轴对应的速度差门限值；当主惯组与卫星导航接收机三轴全量速度之差中的任一个大于对应的速度差门限值时，将故障连续诊断周期次数C1加1；当主惯组与卫星导航接收机的三轴全量速度之差均没有大于对应的速度差门限值时，将故障连续诊断周期次数C1清零；将从惯组输出的三轴速度全量信息与卫星导航接收机输出的三轴速度全量信息相减获得从惯组与卫星导航接收机三轴全量速度之差，判断同一轴的全量速度之差是否大于该轴对应的速度差门限值；当从惯组与卫星导航接收机三轴全量速度之差中的任一个大于对应的速度差门限值时，将故障连续诊断周期次数C2加1；当从惯组与卫星导航接收机三轴全量速度之差均没有大于对应的速度差门限值时，将故障连续诊断周期次数C2清零，所述速度差门限值为1m/s；
将故障连续诊断周期次数C1与次数门限值进行比较，当时，诊断出主惯组故障，当时，诊断出主惯组正常；将故障连续诊断周期次数C2与次数门限值进行比较，当时，诊断出从惯组故障；当时，诊断出从惯组正常；
当主惯组故障并且从惯组正常时，用从惯组信息进行飞行控制；当主惯组正常并且从惯组故障时，用主惯组信息进行控制；当主从惯组均正常或者主从惯组均故障时，用主惯组信息进行飞行控制。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述飞行器为运载火箭。
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