CN112083645B - 一种推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法，包括：根据多敏感器融合信息，进行姿态异常判断，获取推力器切换屏蔽信息；根据不同任务流程，采用分层次方法进行推力器冗余模式自主管理，上层自主管理为基于任务流程的推力器模式预先管理，下层自主管理为基于通道的推力器模式自主选择与切换管理；采用地面指定或程控自主判断推力器故障屏蔽恢复后使用。本发明实现了推力器自主管理，可在任务期间自主有效地诊断推力器故障，自主屏蔽故障推力器并恢复使用。

Description

一种推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法

技术领域

本发明属于飞行器GNC系统技术领域，尤其涉及一种推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法。

背景技术

随着空间技术的发展和任务需求的变化，要求飞行器GNC系统具备自主管理推力器功能，可在任务执行期间有效诊断推力器故障，自主屏蔽故障推力器并恢复使用。传统的飞行器GNC系统一般仅由地面指定推力器使用组合，在轨不进行程控推力器故障诊断，也不主动屏蔽故障推力器，需要地面干预，现有的方法已经不能满足任务期间推力器故障诊断、屏蔽以及恢复使用的要求

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法，可根据不同任务流程，采用分层次方法进行推力器冗余模式自主管理，采用故障推力器程控恢复使用方法，确保平台姿态稳定以及不可逆情况下的轨控任务的正常执行。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法，包括：

根据多敏感器融合信息，进行姿态异常判断，获取推力器切换屏蔽信息；

根据不同任务流程，采用分层次方法进行推力器冗余模式自主管理；其中，上层自主管理为基于任务流程的推力器模式预先管理，下层自主管理为基于通道的推力器模式自主选择与切换管理；

采用地面指定或程控自主判断推力器故障屏蔽恢复后使用。

在上述推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法中，根据多敏感器融合信息，进行姿态异常判断，获取推力器切换屏蔽信息，包括：

获取惯导输出的原始测量数据；其中，原始测量数据，包括：3套陀螺的原始测量数据和3套加表的测量数据；

对3套陀螺的原始测量数据和3套加表的测量数据分别进行零位修正和极性修正处理，得到3套陀螺角速度测量信息和3套加表加速度测量信息；

根据得到的3套陀螺角速度测量信息和3套加表加速度测量信息，进行故障诊断和基准选择；

进行姿态异常判断，获取推力器切换屏蔽信息；其中，姿态异常判断，包括：姿态机动异常判断、姿态超差异常判断和单边喷气异常判断。

在上述推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法中，根据得到的3套陀螺角速度测量信息和3套加表加速度测量信息，进行故障诊断和基准选择，包括：

根据3套陀螺角速度测量信息，对3套陀螺进行敏感性判断，得到3套陀螺的敏感性判断结果；

根据3套加表加速度测量信息，对3套加表进行加速度超差判断，得到3套加表的加速度超差判断结果；

根据得到的3套陀螺的敏感性判断结果和3套加表的加速度超差判断结果，结合陀螺、加表优先级顺序，分别获得陀螺基准和加表基准。

在上述推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法中，

若在设定机动时间内姿态角未机动到目标姿态角，则确定姿态机动异常；

若姿态角任一轴大于设定姿态超差阈值，或者，根据姿态角信息确定姿态角速度任一轴大于设定姿态角速度超差阈值，则确定所述任一轴姿态超差；若所述任一轴连续一段时间均姿态超差，则确定所述任一轴姿态超差异常；

若三轴的姿控指令喷气累加值大于设定喷气阈值，则确定单边喷气异常；

若姿态机动异常、或姿态超差异常、或单边喷气异常，则确定当前推力器使用模式异常，需屏蔽。

在上述推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法中，基于任务流程的推力器模式预先管理，包括：

若地面已预先指定，则根据地面预先指定的某一推力器故障、或某一推力器使用模式、或某一推力器使用通道，对推力器模式进行管理；

若地面未预先指定，则根据当前执行任务在任务流程中所处的位置，选择相应的推力器模式。

在上述推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法中，基于通道的推力器模式自主选择与切换管理，包括：

对推力器进行分类；

根据推力器的分类，进行相应的推力器模式自主选择与切换。

在上述推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法中，对推力器进行分类，包括：

按照推力器的使用用途，将推力器划分为：姿控推力器、轨控推力器和姿轨控共用推力器；

按照推力器的主备份，将推力器划分为：主份推力器、备份推力器、主备联合推力器和主备交叉推力器；

按照推力器的推力大小，将推力器划分为：小推力推力器和大推力推力器。

在上述推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法中，根据推力器的分类，进行相应的推力器模式自主选择与切换，包括：

进行姿控推力器模式自主选择与切换，包括：

设置推力器切换顺序，确定切换原则：按照推力从小大到、主后备顺序，设置姿控推力器自主切换轮询及切换轮数；

根据姿控推力器的陀螺敏感性判断结果，屏蔽切换使用的姿控推力器；

根据姿控推力器的姿态机动异常、姿态超差异常和单边喷气异常判断结果，屏蔽切换使用的姿控推力器；

进行轨控推力器模式自主选择与切换，包括：

对轨控推力器进行预先自主测试：按照主备份，推力从小到大顺序分别进行若干次预喷气，若当前轨控推力器当前次计算的实际速度增量小于标称速度增量的75％，则当前轨控推力器当前次测试不通过，自动执行完成所有次数测试后，诊断当前轨控推力器故障；

在轨控推力器执行过程中，进行故障诊断与屏蔽切换：在按照预先选择的轨控推力器组合模式进行喷气的过程中，按照执行时间段，进行实际速度增量与理论速度增量的判断，若未达到预定速度增量，诊断正在使用的轨控推力器故障并屏蔽，自动切换下一组轨控推力器执行。

在上述推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法中，采用地面指定或程控自主判断推力器故障屏蔽恢复后使用，包括：

获取地面指定故障推力器可恢复信息，根据所述故障推力器可恢复信息，恢复相应的推力器使用；

故障推力器恢复后程控使用。

在上述推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法中，故障推力器恢复后程控使用，包括：

姿控推力器切换完成后，采用速率阻尼控制方法自主进行姿控模式切换，成功后程控恢复使用已屏蔽的姿控推力器；

将轨控任务分阶段，按阶段重新进行轨控推力器预先测试，按照预先测试结果自主恢复已诊断故障被屏蔽的轨控推力器。

本发明具有以下优点：

本发明通过采用推力器冗余模式分层次自主管理，实现了在轨对推力器的故障诊断、屏蔽与恢复，满足了任务执行过程中不能进行地面干预来选择推力器的需求。通过星载计算机维护口即可完成闭环仿真的任务，可适应地面仿真验证系统，满足星载计算机仅维护口可用情况下的闭环仿真需求。

附图说明

图1是本发明实施例中一种推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。

本发明公开了一种推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法，核心思想之一在于：通过多敏感器信息融合，进行姿态异常判断，获取推力器切换屏蔽信息。采用分层次方法，首先进行上层基于任务流程的推力器模式预先管理；其次进行下层推力器模式自主选择与切换管理：进行推力器分类，姿控推力器采用陀螺敏感性判断、姿态机动异常、姿态超差异常以及单边喷气异常结果，按照切换顺序与原则进行自主选择与切换；轨控推力器按照进行预先自主测试，在轨控执行过程中采用速度增量判断方法进行故障诊断并屏蔽。通过采用地面指定或程控判断使故障推力器恢复使用，确保平台姿态稳定以及不可逆情况下的轨控任务正常执行。

如图1，在本实施例中，该推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法，包括：

步骤101，根据多敏感器融合信息，进行姿态异常判断，获取推力器切换屏蔽信息。

在本实施例中，可通过如下方式获取多敏感器融合信息：获取惯导输出的原始测量数据；其中，原始测量数据，包括：3套陀螺的原始测量数据和3套加表的测量数据。然后，对3套陀螺的原始测量数据和3套加表的测量数据分别进行零位修正和极性修正处理，得到3套陀螺角速度测量信息和3套加表加速度测量信息。

优选的，根据多敏感器融合信息，进行姿态异常判断，获取推力器切换屏蔽信息具体可以包括：

子步骤1011，根据得到的陀螺角速度测量信息和加表加速度测量信息，进行故障诊断和基准选择。

优选的，根据3套陀螺角速度测量信息，对3套陀螺进行敏感性判断，得到3套陀螺的敏感性判断结果。具体的：根据3套陀螺角速度测量信息，利用喷气量与陀螺角速度变化量对应关系，分别对每套陀螺的三轴进行判断，确定每套陀螺的各轴是否敏感；根据确定的每套陀螺的各轴是否敏感，确定各套陀螺是否敏感。其中，若当前陀螺的三轴中的任一轴不敏感，则所述当前陀螺为不敏感；若当前陀螺的三轴中的任一轴敏感，且另外两轴没有不敏感，则所述当前陀螺为敏感。

优选的，根据3套加表加速度测量信息，对3套加表进行加速度超差判断，得到3套加表的加速度超差判断结果。具体的：将各套加表对应的加表加速度测量信息所指示的加表加速度测量值与设定加表加速度阈值进行比较，若加表加速度测量值大于设定加表加速度阈值，则确定相应的加表的加速度超差。

优选的，根据得到的3套陀螺的敏感性判断结果和3套加表的加速度超差判断结果，结合陀螺、加表优先级顺序，分别获得陀螺基准和加表基准。具体的：根据得到的3套陀螺的敏感性判断结果，结合陀螺优先级顺序，剔除不敏感陀螺，选出陀螺基准；根据得到的3套加表的加速度超差判断结果，结合加表优先级顺序，剔除超差加表，选出加表基准。

子步骤1012，进行姿态异常判断，获取推力器切换屏蔽信息。

在本实施例中，姿态异常判断具体可以包括：姿态机动异常判断、姿态超差异常判断和单边喷气异常判断。其中，a)若在设定机动时间内姿态角未机动到目标姿态角，则确定姿态机动异常。b)若姿态角任一轴大于设定姿态超差阈值，或者，根据姿态角信息确定姿态角速度任一轴大于设定姿态角速度超差阈值，则确定所述任一轴姿态超差；若所述任一轴连续一段时间均姿态超差，则确定所述任一轴姿态超差异常。c)若三轴的姿控指令喷气累加值大于设定喷气阈值，则确定单边喷气异常。d)若姿态机动异常、或姿态超差异常、或单边喷气异常，则确定当前推力器使用模式异常，需屏蔽。

步骤102，根据不同任务流程，采用分层次方法进行推力器冗余模式自主管理。

在本实施例中，上层自主管理为基于任务流程的推力器模式预先管理，下层自主管理为推力器模式自主选择与切换管理。

优选的，基于任务流程的推力器模式预先管理，包括：若地面已预先指定，则根据地面预先指定的某一推力器故障、或某一推力器使用模式、或某一推力器使用通道，对推力器模式进行管理。若地面未预先指定，则根据当前执行任务在任务流程中所处的位置(如初始入轨、稳态、轨控任务等流程)，选择相应的推力器模式。

优选的，基于通道的推力器模式自主选择与切换管理，包括：对推力器进行分类；根据推力器的分类，进行相应的推力器模式自主选择与切换。其中，可以按照推力器的使用用途，将推力器划分为：姿控推力器、轨控推力器和姿轨控共用推力器；按照推力器的主备份，将推力器划分为：主份推力器、备份推力器、主备联合推力器和主备交叉推力器；按照推力器的推力大小，将推力器划分为：小推力推力器和大推力推力器。

进一步的，对于姿控推力器，自主选择与切换如下：

设置推力器切换顺序，确定切换原则：按照推力从小大到、主后备顺序等(如，设置“小推力主份→小推力备份→小推力主备联合→小推力主备交叉→大推力主份→大推力备份→大推力主备联合→大推力主备交叉”为切换一轮的顺序)，设置姿控推力器自主切换轮询及切换轮数(默认切换2轮)。

根据姿控推力器的陀螺敏感性判断结果，屏蔽切换使用的姿控推力器。

根据姿控推力器的姿态机动异常、姿态超差异常和单边喷气异常判断结果，屏蔽切换使用的姿控推力器。

进一步的，对于轨控推力器，自主选择与切换如下：

对轨控推力器进行预先自主测试：按照主备份，推力从小到大顺序分别进行若干次预喷气(默认3次，首次执行5周期，每次增长执行5周期)，若当前轨控推力器当前次计算的实际速度增量小于标称速度增量的75％，则当前轨控推力器当前次测试不通过，自动执行完成所有次数测试后，诊断当前轨控推力器故障。

在轨控推力器执行过程中，进行故障诊断与屏蔽切换：在按照预先选择的轨控推力器组合模式进行喷气的过程中，按照执行时间段，进行实际速度增量与理论速度增量的判断，若未达到预定速度增量，诊断正在使用的轨控推力器故障并屏蔽，自动切换下一组轨控推力器执行。

步骤103，采用地面指定或程控自主判断推力器故障屏蔽恢复后使用。

在本实施例中，采用地面指定或程控自主判断推力器故障屏蔽恢复后使用。包括：获取地面指定故障推力器可恢复信息，根据所述故障推力器可恢复信息，恢复相应的推力器使用；故障推力器恢复后程控使用。

优选的，故障推力器恢复后程控使用，包括：a)姿控推力器切换完成后，采用速率阻尼控制方法自主进行姿控模式切换，成功后程控恢复使用已屏蔽的姿控推力器。b)将轨控任务分阶段，按阶段重新进行轨控推力器预先测试，按照预先测试结果自主恢复已诊断故障被屏蔽的轨控推力器。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法，其特征在于，包括：

根据多敏感器融合信息，进行姿态异常判断，获取推力器切换屏蔽信息；包括：获取惯导输出的原始测量数据；对3套陀螺的原始测量数据和3套加表的测量数据分别进行零位修正和极性修正处理，得到3套陀螺角速度测量信息和3套加表加速度测量信息；根据得到的3套陀螺角速度测量信息和3套加表加速度测量信息，进行故障诊断和基准选择；进行姿态异常判断，获取推力器切换屏蔽信息；其中，原始测量数据，包括：3套陀螺的原始测量数据和3套加表的测量数据；姿态异常判断，包括：姿态机动异常判断、姿态超差异常判断和单边喷气异常判断；

根据不同任务流程，采用分层次方法进行推力器冗余模式自主管理；其中，上层自主管理为基于任务流程的推力器模式预先管理，下层自主管理为基于通道的推力器模式自主选择与切换管理；

采用地面指定或程控自主判断推力器故障屏蔽恢复后使用；

基于任务流程的推力器模式预先管理，包括：若地面已预先指定，则根据地面预先指定的某一推力器故障、或某一推力器使用模式、或某一推力器使用通道，对推力器模式进行管理；若地面未预先指定，则根据当前执行任务在任务流程中所处的位置，选择相应的推力器模式；

基于通道的推力器模式自主选择与切换管理，包括：对推力器进行分类；根据推力器的分类，进行相应的推力器模式自主选择与切换。

2.根据权利要求1所述的推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法，其特征在于，根据得到的3套陀螺角速度测量信息和3套加表加速度测量信息，进行故障诊断和基准选择，包括：

根据3套陀螺角速度测量信息，对3套陀螺进行敏感性判断，得到3套陀螺的敏感性判断结果；

根据3套加表加速度测量信息，对3套加表进行加速度超差判断，得到3套加表的加速度超差判断结果；

根据得到的3套陀螺的敏感性判断结果和3套加表的加速度超差判断结果，结合陀螺、加表优先级顺序，分别获得陀螺基准和加表基准。

3.根据权利要求1所述的推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法，其特征在于，

若在设定机动时间内姿态角未机动到目标姿态角，则确定姿态机动异常；

若姿态角任一轴大于设定姿态超差阈值，或者，根据姿态角信息确定姿态角速度任一轴大于设定姿态角速度超差阈值，则确定所述任一轴姿态超差；若所述任一轴连续一段时间均姿态超差，则确定所述任一轴姿态超差异常；

若三轴的姿控指令喷气累加值大于设定喷气阈值，则确定单边喷气异常；

若姿态机动异常、或姿态超差异常、或单边喷气异常，则确定当前推力器使用模式异常，需屏蔽。

4.根据权利要求1所述的推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法，其特征在于，对推力器进行分类，包括：

按照推力器的使用用途，将推力器划分为：姿控推力器、轨控推力器和姿轨控共用推力器；

按照推力器的主备份，将推力器划分为：主份推力器、备份推力器、主备联合推力器和主备交叉推力器；

按照推力器的推力大小，将推力器划分为：小推力推力器和大推力推力器。

5.根据权利要求4所述的推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法，其特征在于，根据推力器的分类，进行相应的推力器模式自主选择与切换，包括：

进行姿控推力器模式自主选择与切换，包括：

设置推力器切换顺序，确定切换原则：按照推力从小大到、主后备顺序，设置姿控推力器自主切换轮询及切换轮数；

根据姿控推力器的陀螺敏感性判断结果，屏蔽切换使用的姿控推力器；

根据姿控推力器的姿态机动异常、姿态超差异常和单边喷气异常判断结果，屏蔽切换使用的姿控推力器；

进行轨控推力器模式自主选择与切换，包括：

对轨控推力器进行预先自主测试：按照主备份，推力从小到大顺序分别进行若干次预喷气，若当前轨控推力器当前次计算的实际速度增量小于标称速度增量的75％，则当前轨控推力器当前次测试不通过，自动执行完成所有次数测试后，诊断当前轨控推力器故障；

在轨控推力器执行过程中，进行故障诊断与屏蔽切换：在按照预先选择的轨控推力器组合模式进行喷气的过程中，按照执行时间段，进行实际速度增量与理论速度增量的判断，若未达到预定速度增量，诊断正在使用的轨控推力器故障并屏蔽，自动切换下一组轨控推力器执行。

6.根据权利要求1所述的推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法，其特征在于，采用地面指定或程控自主判断推力器故障屏蔽恢复后使用，包括：

获取地面指定故障推力器可恢复信息，根据所述故障推力器可恢复信息，恢复相应的推力器使用；

故障推力器恢复后程控使用。

7.根据权利要求6所述的推力器冗余模式管理及故障屏蔽与自主恢复方法，其特征在于，故障推力器恢复后程控使用，包括：

姿控推力器切换完成后，采用速率阻尼控制方法自主进行姿控模式切换，成功后程控恢复使用已屏蔽的姿控推力器；

将轨控任务分阶段，按阶段重新进行轨控推力器预先测试，按照预先测试结果自主恢复已诊断故障被屏蔽的轨控推力器。