CN109668578B - 一种基于奇偶检测方程的异构陀螺组合混合诊断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种基于奇偶检测方程的异构陀螺组合混合诊断方法中，重复以下的步骤：确定陀螺表头默认使用状态，明确不同陀螺组合在星体的安装极性，排除不能同时接入的表头；根据陀螺表头的故障状态，确定陀螺表头的接入状态，计算奇偶检测方程，并根据奇偶检测方程得到的陀螺表头一致性判据，与卫星控制系统设置的陀螺表头基准值比对，诊断确定状态异常和故障的陀螺表头。本发明可以剔除由于陀螺组合在星上的安装关系不适合比较的陀螺表头，综合所有陀螺组合的表头信息和故障状态，计算奇偶检测方程，实现不同种类的陀螺组合间混合智能故障诊断，有效满足卫星控制系统敏感器单机异构长寿命和控制系统高可靠性要求。

Description

一种基于奇偶检测方程的异构陀螺组合混合诊断方法
技术领域
本发明涉及一种进行陀螺组合联合诊断与切换的技术，特别涉及一种基于奇偶检测方程的异构陀螺组合混合诊断方法。
背景技术
陀螺是卫星控制系统进行惯性姿态测量的关键敏感器单机，根据设计原理可分为机械陀螺、液浮陀螺、光纤陀螺、半球谐振陀螺等，为了保证卫星控制系统的可靠性，往往采用3表头正交1表头斜装的配置、种类相同的陀螺表头组成的陀螺组合进行姿态角速度的测量，所以，以往的陀螺组合诊断技术主要包括三种，一种是基于陀螺组合单机内部提供的工作状态进行故障诊断，另一种是利用多个同类陀螺组合的各表头进行同向比较诊断，第三种是计算陀螺组合角度增量的基准值，通过将陀螺表头与基准值信息的比对，进行故障诊断。随着对卫星控制系统可靠性与安全性要求的提高，以及单一陀螺组合的寿命往往无法直接满足卫星长寿命的要求，卫星控制系统为保证敏感器的异构性和容错性，以及系统可靠性，往往同时选用不同种类的陀螺组合。因此，仅仅对同类型的陀螺组合信息进行故障诊断技术的设计已不能满足卫星控制系统长寿命、高可靠性、高安全性的要求。
发明内容
本发明涉及一种基于奇偶检测方程的异构陀螺组合混合诊断方法，是对不同种类陀螺组合的多个陀螺表头信息，使用智能混合诊断方法实现陀螺组合联合诊断与切换。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种基于奇偶检测方程的异构陀螺组合混合诊断方法，包括如下步骤：
S1、确定陀螺表头默认使用状态，明确不同陀螺组合在星体的安装极性，根据安装极性是否可以提供星体三轴角速度测量的保证，来排除不能同时接入的表头；
S2、根据陀螺表头的故障状态，确定陀螺表头的接入状态；
S3、根据陀螺表头的接入状态，计算奇偶检测方程；
S4、根据奇偶检测方程得到的陀螺表头一致性判据，与卫星控制系统设置的陀螺表头基准值比对，诊断确定状态异常和故障的陀螺表头；
S5、重复步骤S1-S4，实现基于奇偶检测方程的异构陀螺组合混合诊断方法。
本发明采用的方法与现有技术相比，其优点和有益效果是：
本技术方案首先剔除由于陀螺组合在星上的安装关系不适合比较的陀螺表头，然后综合所有陀螺组合的表头信息，计算奇偶检测方程，实现不同种类的陀螺组合间智能混合故障诊断，有效满足卫星控制系统敏感器单机异构长寿命和控制系统高可靠性要求。
附图说明
图1是本发明基于奇偶检测方程的异构陀螺组合混合诊断方法的流程图。
图2是本发明提供的光纤陀螺组合在星体上的安装极性。
图3是本发明提供的半球谐振陀螺组合在星体上的安装极性。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供的一种基于奇偶检测方程的异构陀螺组合混合诊断方法中，包括如下步骤：
1、确定陀螺表头默认使用状态，明确不同陀螺组合在星体的安装极性，由于某些安装极性无法提供星体三轴角速度测量的保证，因此确定排除不能同时接入的表头；
2、根据陀螺表头的故障状态，确定陀螺表头的接入状态；
3、根据陀螺表头的接入状态，计算奇偶检测方程；
4、根据奇偶检测方程得到的陀螺表头一致性判据，与卫星控制系统设置的陀螺表头基准值比对，诊断确定状态异常和故障的陀螺表头；
5、重复上述步骤，实现基于奇偶检测方程的异构陀螺组合混合诊断方法。
本发明假定卫星控制系统配置1台光纤陀螺组合和1台半球谐振陀螺组合，每台陀螺组合各有4个陀螺表头。
1、确定陀螺表头默认使用状态，明确不同陀螺组合在星体的安装极性，由于某些安装极性无法提供星体三轴角速度测量的保证，因此确定排除不能同时接入的表头：
对陀螺表头分别编号，光纤陀螺组合表头为1、2、3、4，半球谐振陀螺组合表头为5、6、7、8，使用接入状态标志FJ表示系统接入的陀螺表头状态，默认使用表头1～5，即FJ1..5＝1。
表1陀螺组合状态定义表
表头序号 1 2 3 4 5 6 7 8 备注
接入状态FJ 0 0 0 0 0 0 0 0 接入为1
异常状态FY 0 0 0 0 0 0 0 0 异常为1
故障状态FG 0 0 0 0 0 0 0 0 故障为1
明确不同陀螺组合在星体的安装极性，安装极性详见图2、图3，以附图的安装极性为例，由于某些安装极性无法提供星体三轴角速度测量的保证，因此确定排除不能同时接入的表头为陀螺表头1和8，即FJ1和FJ8不能同时为1。
2、根据陀螺表头故障状态确定陀螺表头的接入状态：
若光纤陀螺组合表头正常状态数量大于2个，即FG1+FG2+FG3+FG4＜2，接入状态FJ按故障状态FG最小值确定，以光纤陀螺表头优先接入；否则，接入状态FJ按故障状态FG最大值确定，以半球谐振陀螺优先接入使用。
3、根据陀螺表头的接入状态，计算奇偶检测方程：
光纤陀螺组合和半球谐振陀螺组合均由三正交轴XYZ方向陀螺(即表头1～3和表头5～7)和斜装轴S方向陀螺(即表头4和表头8)组成。ω1..8表示陀螺表头1～8的输出测量值，ωx..z表示星体惯性角速度。
1)根据光纤陀螺组合和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：
Figure GDA0002574690000000031
陀螺表头相对卫星星体的安装矩阵定义为：
Figure GDA0002574690000000041
2)根据陀螺表头的接入状态FJ，取4个表头，其输出测量值与星体惯性角速度的关系为：
Figure GDA0002574690000000042
其中，D4×3根据陀螺表头的接入状态FJ，取4个表头相对卫星星体的4×3安装矩阵，以接入状态FJ1..4＝1为例，
Figure GDA0002574690000000043
3)然后计算该四个表头的一致性判据Δg：
Δg＝|([-DR4(DR1...3)-1,1]ω1...4)|
其中，DR4为接入的表头4相对卫星星体的3×1矩阵，DR1...3为接入表头1～3相对卫星星体的3×3矩阵，以接入状态FJ1..4＝1为例，
Figure GDA0002574690000000044
Figure GDA0002574690000000045
4、根据上述关系，以接入状态FJ1..5＝1为例，得到5个一致性判据方程如下：
Δg1＝|-0.4082ω1-0.4082ω2-0.4082ω3+0.7071ω4+0ω5|
Δg2＝|0.4082ω1-0.2887ω2-0.5000ω3+0ω4+0.7071ω5|
Δg3＝|0.6239ω1+0.1452ω2+0ω3-0.5948ω4+0.4857ω5|
Δg4＝|0.6159ω1+0ω2-0.1868ω3-0.4419ω4+0.6249ω5|
Δg5＝|0ω1-0.4585ω2-0.5975ω3+0.4652ω4+0.4652ω5|
根据奇偶检测方程得到的陀螺表头一致性判据，与卫星控制系统设置的陀螺表头基准值比对，诊断确定状态异常和故障的陀螺表头。
根据上述得到5个奇偶检测方程，以接入状态FJ1..5＝1为例，与卫星控制系统设定的陀螺表头基准值Δb比对，Δgi＜Δb(i＝1..5)诊断陀螺表头异常。
表2陀螺组合混合诊断判定表
Figure GDA0002574690000000051
根据陀螺表头异常状态FY判断陀螺表头故障状态FG，若连续ΔJ拍FY状态一致，则用FY更新FG值。
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 (4)

1.一种基于奇偶检测方程的异构陀螺组合混合诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、确定陀螺表头默认使用状态，明确不同陀螺组合在星体的安装极性，根据安装极性是否可以提供星体三轴角速度测量的保证，来排除不能同时接入的表头；
S2、根据陀螺表头的故障状态，确定陀螺表头的接入状态；
S3、根据陀螺表头的接入状态，计算奇偶检测方程；
S4、根据奇偶检测方程得到的陀螺表头一致性判据，与卫星控制系统设置的陀螺表头基准值比对，诊断确定状态异常和故障的陀螺表头；
S5、重复步骤S1-S4，实现基于奇偶检测方程的异构陀螺组合混合诊断方法；
所述步骤S3中，光纤陀螺组合包含三正交轴XYZ方向陀螺表头1～3和斜装轴S方向陀螺表头4，半球谐振陀螺组合包含三正交轴XYZ方向陀螺表头5～7和斜装轴S方向陀螺表头8；ω1..8表示陀螺表头1～8的输出测量值，ωx..z表示星体惯性角速度；
根据光纤陀螺组合和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：
Figure FDA0002574689990000011
陀螺表头相对卫星星体的安装矩阵定义为：
Figure FDA0002574689990000021
根据陀螺表头的接入状态FJ，取4个表头，其输出测量值与星体惯性角速度的关系为：
Figure FDA0002574689990000022
其中，接入状态FJ在表示接入时为1；D4×3根据陀螺表头的接入状态FJ，取4个表头相对卫星星体的4×3安装矩阵，接入状态FJ1..4＝1，
Figure FDA0002574689990000023
计算该四个表头的一致性判据Δg：
Δg＝|([-DR4(DR1...3)-1,1]ω1...4)|
其中，DR4为接入的表头4相对卫星星体的3×1矩阵，DR1...3为接入表头1～3相对卫星星体的3×3矩阵，
Figure FDA0002574689990000024
Figure FDA0002574689990000025
2.如权利要求1所述基于奇偶检测方程的异构陀螺组合混合诊断方法，其特征在于，
卫星控制系统配置1台光纤陀螺组合和1台半球谐振陀螺组合，每台陀螺组合各有4个陀螺表头；
步骤S1中，提供陀螺组合状态定义表，对陀螺表头分别编号，光纤陀螺组合表头为1、2、3、4，半球谐振陀螺组合表头为5、6、7、8；异常状态FY在表示异常时为1；故障状态FG在表示故障时为1；
确定陀螺表头默认使用状态，明确不同陀螺组合在星体的安装极性，根据安装极性是否可以提供星体三轴角速度测量的保证，确定排除不能同时接入的表头，即接入状态FJ不能同时为1的表头。
3.如权利要求2所述基于奇偶检测方程的异构陀螺组合混合诊断方法，其特征在于，
步骤S2中，若光纤陀螺组合表头正常状态数量大于2个，即FG1+FG2+FG3+FG4＜2，接入状态FJ按故障状态FG最小值确定，以光纤陀螺表头优先接入；否则，接入状态FJ按故障状态FG最大值确定，以半球谐振陀螺优先接入使用。
4.如权利要求3所述基于奇偶检测方程的异构陀螺组合混合诊断方法，其特征在于，
步骤S4中，根据陀螺表头异常状态FY判断陀螺表头故障状态FG，若连续ΔJ拍FY状态一致，则用FY更新FG值。
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