CN107356264A - 一种异构陀螺组合互诊方法 - Google Patents
一种异构陀螺组合互诊方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种异构陀螺组合互诊方法，当作为主份的光纤陀螺组合发生故障时，采用备份的无故障的半球谐振陀螺组合通过代数消元法来诊断主份的光纤陀螺组合中发生故障的陀螺，确认了故障陀螺后，半球谐振陀螺组合变为主份，光纤陀螺组合变为备份，当作为主份的半球谐振陀螺组合发生故障时，采用备份的无故障的光纤陀螺组合来诊断主份的半球谐振陀螺组合中发生故障的陀螺，确认了故障陀螺后，光纤陀螺组合变为主份，半球谐振陀螺组合变为备份。本发明基于代数消元方法建立了光纤陀螺组合和半球谐振陀螺组合之间的互诊关系，提高了卫星自主故障诊断的能力。
Description
技术领域
本发明涉及航天器姿态动力学技术领域，尤其涉及一种复杂安装关系的异构陀螺组合互诊方法。
背景技术
出于对安全性的考虑，卫星上常常安装有多组陀螺组合。由于陀螺组合工作较为稳定，一般采用一组工作，另一组冷备份。陀螺组合之间的互相诊断是在主份陀螺组合出现异常时定位故障陀螺的一种重要手段。现有技术中，主备份陀螺组合通常采用与星体安装关系一致的设计，即相同的安装极性。此类方法的优点是陀螺组合之间的互诊关系简单，缺点是对陀螺组合的安装极性有较高的要求。随着卫星整体设计的复杂化，异构陀螺组合在卫星设计上的应用越来越普遍。异构陀螺组合之间互相诊断的解析关系是其中一项重要的研究内容，特别是对星体上具体不同安装极性的陀螺组合。一般陀螺组合采用3正交1斜装的配置，不同的陀螺组合在星体上的安装极性不同，在进行异构陀螺组合互诊时需要将陀螺测量值转换为星体惯性角速度。星体惯性角速度与陀螺组合测量值之间的转换关系为一对多形式，即无法使用简单的矩阵求逆完成不同陀螺组合之间的互诊关系。
发明内容
本发明提供一种异构陀螺组合互诊方法，基于代数消元方法建立了光纤陀螺组合和半球谐振陀螺组合之间的互诊关系，提高了卫星自主故障诊断的能力。
为了达到上述目的，本发明提供一种异构陀螺组合互诊方法，包含以下步骤：
明确光纤陀螺组合和半球谐振陀螺组合在星体上的安装极性，分别给出光纤陀螺组合的测量值与星体惯性角速度的解析关系和半球谐振陀螺组合的测量值与星体惯性角速度的解析关系；
当作为主份的光纤陀螺组合发生故障时，采用备份的无故障的半球谐振陀螺组合通过代数消元法来诊断主份的光纤陀螺组合中发生故障的陀螺，确认了故障陀螺后，半球谐振陀螺组合变为主份，光纤陀螺组合变为备份；
当作为主份的半球谐振陀螺组合发生故障时，采用备份的无故障的光纤陀螺组合来诊断主份的半球谐振陀螺组合中发生故障的陀螺，确认了故障陀螺后，光纤陀螺组合变为主份，半球谐振陀螺组合变为备份。
所述的采用备份的无故障的半球谐振陀螺组合来诊断主份的光纤陀螺组合中发生故障的陀螺的方法包含以下步骤：
选取备份的半球谐振陀螺组合中的三个陀螺作为基准，通过代数消元法对半球谐振陀螺组合的测量值与星体惯性角速度的解析关系进行解算，得到星体惯性角速度与半球谐振陀螺组合中的基准陀螺测量值的解析关系式，根据星体惯性角速度与主份的光纤陀螺组合测量值的解析关系式，解算由备份的半球谐振陀螺组合中的基准陀螺测量值表示的主份光纤陀螺组合的理论值，将光纤陀螺组合的实际测量值和解算得到的理论值进行比较，定位光纤陀螺组合中发生故障的陀螺。
所述的由备份的半球谐振陀螺组合中的基准陀螺测量值表示的主份光纤陀螺组合的理论值为：
所述的采用备份的无故障的光纤陀螺组合来诊断主份的半球谐振陀螺组合中发生故障的陀螺的方法包含以下步骤：
选取光纤陀螺组合中的三个陀螺作为基准，对光纤陀螺组合的测量值与星体惯性角速度的解析关系进行解算，得到星体惯性角速度与光纤陀螺组合中的基准陀螺测量值的解析关系式，根据星体惯性角速度与半球谐振陀螺组合测量值的解析关系式，解算由光纤谐振陀螺组合中的基准陀螺测量值表示的半球谐振陀螺组合的理论值，将半球谐振陀螺组合的实际测量值和解算得到的理论值进行比较，定位半球谐振陀螺组合中发生故障的陀螺。
所述的由光纤谐振陀螺组合中的基准陀螺测量值表示的半球谐振陀螺组合的理论值为：
如果光纤陀螺组合的四个测量值满足恒等关系Δgin,i＝x,y,z,s为光纤陀螺组合各轴向陀螺测得的角度增量，则光纤陀螺组合正常，如果不满足恒等关系，则光纤陀螺组合发生故障；
如果半球谐振陀螺组合的四个测量值满足恒等关系Δgin,i＝1,2,3,4为半球陀螺组合各轴向陀螺测得的角度增量，则半球谐振陀螺组合正常，如果不满足该恒等关系，则半球谐振陀螺组合发生故障。
定位了光纤陀螺组合或半球谐振陀螺组合中发生故障的陀螺后，对其进行维修，使其恢复正常。
本发明应用于安装有异构陀螺组合的卫星的故障诊断，基于代数消元方法建立了光纤陀螺组合和半球谐振陀螺组合之间的互诊关系，通过陀螺组合之间的互诊确定故障陀螺组合中的故障陀螺的数量和序号，在放宽陀螺组合安装要求的同时，提高了卫星自主故障诊断的能力。
附图说明
图1是本发明提供的一种异构陀螺组合互诊方法的流程图。
图2是光纤陀螺组合在星体上的安装极性。
图3是半球谐振陀螺组合在星体上的安装极性。
具体实施方式
以下根据图1～图3，具体说明本发明的较佳实施例。
如图1所示，本发明提供一种异构陀螺组合互诊方法，包含以下步骤：
明确光纤陀螺组合和半球谐振陀螺组合在星体上的安装极性，分别给出光纤陀螺组合的测量值与星体惯性角速度的解析关系和半球谐振陀螺组合的测量值与星体惯性角速度的解析关系；
当作为主份的光纤陀螺组合发生故障时，采用备份的无故障的半球谐振陀螺组合通过代数消元法来诊断主份的光纤陀螺组合中发生故障的陀螺，确认了故障陀螺后，半球谐振陀螺组合变为主份，光纤陀螺组合变为备份；
当作为主份的半球谐振陀螺组合发生故障时，采用备份的无故障的光纤陀螺组合来诊断主份的半球谐振陀螺组合中发生故障的陀螺，确认了故障陀螺后，光纤陀螺组合变为主份，半球谐振陀螺组合变为备份。
其中，所述的采用备份的无故障的半球谐振陀螺组合来诊断主份的光纤陀螺组合中发生故障的陀螺的方法包含以下步骤：
选取备份的半球谐振陀螺组合中的三个陀螺作为基准，通过代数消元法对半球谐振陀螺组合的测量值与星体惯性角速度的解析关系进行解算，得到星体惯性角速度与半球谐振陀螺组合中的基准陀螺测量值的解析关系式，根据星体惯性角速度与主份的光纤陀螺组合测量值的解析关系式，解算由备份的半球谐振陀螺组合中的基准陀螺测量值表示的主份光纤陀螺组合的理论值，将光纤陀螺组合的实际测量值和解算得到的理论值进行比较，定位光纤陀螺组合中发生故障的陀螺。
所述的采用备份的无故障的光纤陀螺组合来诊断主份的半球谐振陀螺组合中发生故障的陀螺的方法包含以下步骤：
选取光纤陀螺组合中的三个陀螺作为基准，对光纤陀螺组合的测量值与星体惯性角速度的解析关系进行解算，得到星体惯性角速度与光纤陀螺组合中的基准陀螺测量值的解析关系式，根据星体惯性角速度与半球谐振陀螺组合测量值的解析关系式，解算由光纤谐振陀螺组合中的基准陀螺测量值表示的半球谐振陀螺组合的理论值，将半球谐振陀螺组合的实际测量值和解算得到的理论值进行比较，定位半球谐振陀螺组合中发生故障的陀螺。
在本发明的一个实施例中，默认光纤陀螺组合为主份，半球谐振陀螺组合为备份，异构陀螺组合互诊方法包含以下步骤：
步骤S1、明确光纤陀螺组合和半球谐振陀螺组合在星体上的安装极性，分别给出光纤陀螺组合的测量值与星体惯性角速度的解析关系和半球谐振陀螺组合的测量值与星体惯性角速度的解析关系；
如图2所示，所述的光纤陀螺组合由三正交轴XYZ方向陀螺和斜装轴S方向陀螺组成，根据光纤陀螺组合在星体上的安装极性，其输出测量值与星体惯性角速度的关系为：
将式(1)展开，可得：
如图3所示，半球谐振陀螺组合由三正交轴123方向陀螺和斜装轴4方向陀螺组成，根据半球谐振陀螺组合在星体上的安装极性，其输出测量值与星体惯性角速度的关系为：
将式(3)展开，可得
步骤S2、判断主份的光纤陀螺组合是否出现故障，若是，进行步骤S3；
如果光纤陀螺组合的四个测量值不满足恒等关系Δgin,i＝x,y,z,s为光纤陀螺组合各轴向陀螺测得的角度增量，则判断光纤陀螺组合出现故障；
步骤S3、启动冷备份的半球谐振陀螺组合并进行自检，判断半球谐振陀螺组合是否正常，若是，进行步骤S4；
如果半球谐振陀螺组合的四个测量值满足恒等关系Δgin,i＝1,2,3,4为半球陀螺组合各轴向陀螺测得的角度增量，则判断半球谐振陀螺组合正常；
步骤S4、选取备份的半球谐振陀螺组合中的3个陀螺作为基准，通过代数消元法对半球谐振陀螺组合的测量值与星体惯性角速度的解析关系进行解算，得到星体惯性角速度与半球谐振陀螺组合中的基准陀螺测量值的解析关系式；
出于软件通用性的考虑，光纤陀螺组合诊断半球谐振陀螺组合、半球谐振陀螺组合诊断光纤陀螺组合采用相同顺序的基准，即互诊时光纤陀螺组合的基准选用(ωxn,ωyn,ωzn)、半球谐振陀螺组合的基准选用(ω1n,ω2n,ω3n)；
半球谐振陀螺组合与星体之间的安装关系相对较复杂，考虑使用代数消元方法解算半球谐振陀螺组合基准与星体惯性角速度的关系；
根据式(4)中，第1式减去第3式可得：
式(4)的前3式满足：
逐步消元，得到：
将式(7)代入式(2)得到：
步骤S5、根据星体惯性角速度与主份的光纤陀螺组合测量值的解析关系式，解算由备份的半球谐振陀螺组合中的基准陀螺测量值表示的主份光纤陀螺组合的理论值；
为由半球谐振陀螺组合基准(ω1n,ω2n,ω3n)表示的光纤陀螺组合的理论值：
步骤S6、将光纤陀螺组合的实际测量值和解算得到的理论值进行比较，定位光纤陀螺组合中发生故障的陀螺，半球谐振陀螺组合转变为主份，光纤陀螺组合转变为备份，并对光纤陀螺组合中的故障陀螺进行维修；
步骤S7、判断主份的半球谐振陀螺组合是否出现故障，若是，进行步骤S8；
如果半球谐振陀螺组合的四个测量值不满足恒等关系Δgin,i＝1,2,3,4为半球陀螺组合各轴向陀螺测得的角度增量，则判断半球谐振陀螺组合出现故障；
步骤S8、启动冷备份的光纤陀螺组合并进行自检，判断光纤陀螺组合是否正常，若是，进行步骤S9；
如果光纤陀螺组合的四个测量值满足恒等关系Δgin,i＝x,y,z,s为光纤陀螺组合各轴向陀螺测得的角度增量，则判断光纤陀螺组合正常；
步骤S9、选取光纤陀螺组合中的3个陀螺(ωxn,ωyn,ωzn)作为基准，对光纤陀螺组合的测量值与星体惯性角速度的解析关系进行解算，得到星体惯性角速度与光纤陀螺组合中的基准陀螺测量值的解析关系式；
出于软件通用性的考虑，光纤陀螺组合诊断半球谐振陀螺组合、半球谐振陀螺组合诊断光纤陀螺组合采用相同顺序的基准，即互诊时光纤陀螺组合的基准选用(ωxn,ωyn,ωzn)、半球谐振陀螺组合的基准选用(ω1n,ω2n,ω3n)；
光纤陀螺组合与星体之间的安装关系比较简明，星体惯性角速度与光纤陀螺组合测量值之间的关系较为直观
根据公式(2)，可以得到：
ωbx＝ωzn
ωby＝-ωyn (10)
ωbz＝ωxn
将式(10)代入式(4)，可得：
步骤S10、根据星体惯性角速度与半球谐振陀螺组合测量值的解析关系式，解算由光纤谐振陀螺组合中的基准陀螺测量值表示的半球谐振陀螺组合的理论值；
为由光纤陀螺组合基准(ωxn,ωyn,ωzn)表示的半球谐振陀螺的理论值：
步骤S11、将半球谐振陀螺组合的实际测量值和解算得到的理论值进行比较，定位半球谐振陀螺组合中发生故障的陀螺，光纤陀螺组合转变为主份，半球谐振陀螺组合转变为备份，并对半球谐振陀螺组合中的故障陀螺进行维修。
本发明基于代数消元方法建立了光纤陀螺组合和半球谐振陀螺组合之间的互诊关系，通过陀螺组合之间的互诊可以确定故障陀螺组合中的故障陀螺的数量和序号。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (7)
1.一种异构陀螺组合互诊方法，其特征在于，包含以下步骤：
明确光纤陀螺组合和半球谐振陀螺组合在星体上的安装极性，分别给出光纤陀螺组合的测量值与星体惯性角速度的解析关系和半球谐振陀螺组合的测量值与星体惯性角速度的解析关系；
当作为主份的光纤陀螺组合发生故障时，采用备份的无故障的半球谐振陀螺组合通过代数消元法来诊断主份的光纤陀螺组合中发生故障的陀螺，确认了故障陀螺后，半球谐振陀螺组合变为主份，光纤陀螺组合变为备份；
当作为主份的半球谐振陀螺组合发生故障时，采用备份的无故障的光纤陀螺组合来诊断主份的半球谐振陀螺组合中发生故障的陀螺，确认了故障陀螺后，光纤陀螺组合变为主份，半球谐振陀螺组合变为备份。
2.如权利要求1所述的异构陀螺组合互诊方法，其特征在于，所述的采用备份的无故障的半球谐振陀螺组合来诊断主份的光纤陀螺组合中发生故障的陀螺的方法包含以下步骤：
选取备份的半球谐振陀螺组合中的三个陀螺作为基准，通过代数消元法对半球谐振陀螺组合的测量值与星体惯性角速度的解析关系进行解算，得到星体惯性角速度与半球谐振陀螺组合中的基准陀螺测量值的解析关系式，根据星体惯性角速度与主份的光纤陀螺组合测量值的解析关系式，解算由备份的半球谐振陀螺组合中的基准陀螺测量值表示的主份光纤陀螺组合的理论值，将光纤陀螺组合的实际测量值和解算得到的理论值进行比较，定位光纤陀螺组合中发生故障的陀螺。
3.如权利要求2所述的异构陀螺组合互诊方法，其特征在于，所述的由备份的半球谐振陀螺组合中的基准陀螺测量值表示的主份光纤陀螺组合的理论值为：
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4.如权利要求1所述的异构陀螺组合互诊方法，其特征在于，所述的采用备份的无故障的光纤陀螺组合来诊断主份的半球谐振陀螺组合中发生故障的陀螺的方法包含以下步骤：
选取光纤陀螺组合中的三个陀螺作为基准，对光纤陀螺组合的测量值与星体惯性角速度的解析关系进行解算，得到星体惯性角速度与光纤陀螺组合中的基准陀螺测量值的解析关系式，根据星体惯性角速度与半球谐振陀螺组合测量值的解析关系式，解算由光纤谐振陀螺组合中的基准陀螺测量值表示的半球谐振陀螺组合的理论值，将半球谐振陀螺组合的实际测量值和解算得到的理论值进行比较，定位半球谐振陀螺组合中发生故障的陀螺。
5.如权利要求4所述的异构陀螺组合互诊方法，其特征在于，所述的由光纤谐振陀螺组合中的基准陀螺测量值表示的半球谐振陀螺组合的理论值为：
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6.如权利要求1所述的异构陀螺组合互诊方法，其特征在于，
如果光纤陀螺组合的四个测量值满足恒等关系Δgin,i＝x,y,z,s为光纤陀螺组合各轴向陀螺测得的角度增量，则光纤陀螺组合正常，如果不满足该恒等关系，则光纤陀螺组合发生故障；
如果半球谐振陀螺组合的四个测量值满足恒等关系Δgin,i＝1,2,3,4为半球陀螺组合各轴向陀螺测得的角度增量，则半球谐振陀螺组合正常，如果不满足恒等关系，则半球谐振陀螺组合发生故障。
7.如权利要求1所述的异构陀螺组合互诊方法，其特征在于，定位了光纤陀螺组合或半球谐振陀螺组合中发生故障的陀螺后，对其进行维修，使其恢复正常。
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