CN113126594B - 一种双自由度太阳翼驱动机构的星上自主故障诊断方法 - Google Patents

一种双自由度太阳翼驱动机构的星上自主故障诊断方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113126594B
CN113126594B CN202110333111.4A CN202110333111A CN113126594B CN 113126594 B CN113126594 B CN 113126594B CN 202110333111 A CN202110333111 A CN 202110333111A CN 113126594 B CN113126594 B CN 113126594B
Authority
CN
China
Prior art keywords
angle
value
axis
theta
beta
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110333111.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113126594A (zh
Inventor
任涛
陈杨
辛星
金震
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CASIC Space Engineering Development Co Ltd
Original Assignee
CASIC Space Engineering Development Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CASIC Space Engineering Development Co Ltd filed Critical CASIC Space Engineering Development Co Ltd
Priority to CN202110333111.4A priority Critical patent/CN113126594B/zh
Publication of CN113126594A publication Critical patent/CN113126594A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113126594B publication Critical patent/CN113126594B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0208—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the configuration of the monitoring system
    • G05B23/0213—Modular or universal configuration of the monitoring system, e.g. monitoring system having modules that may be combined to build monitoring program; monitoring system that can be applied to legacy systems; adaptable monitoring system; using different communication protocols
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/24—Pc safety
    • G05B2219/24065—Real time diagnostics
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications
    • Y04S10/52—Outage or fault management, e.g. fault detection or location

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

本发明实施例公开一种双自由度太阳翼驱动机构的星上自主故障诊断方法，驱动机构的A轴、B轴分别由电机、驱动轴以及测角传感器组成，A轴、B轴共用驱动控制器，包括：S0、采集太阳翼驱动机构测角传感器值和步数值；S1、将所述测角传感器值和步数值转换到角度，计算测角传感器角度和步数角度的差值；若差值大于门限，则驱动机构A轴或B轴故障；S2、采集太阳翼电池电流，根据太阳翼电池电流与太阳入射角关系计算出实际太阳入射角；S3、计算本体系下的太阳翼法线向量；S4、根据所述太阳翼法线向量计算出理论太阳入射角；S5、计算理论太阳入射角与实际太阳入射角差值绝对值，根据差值绝对值的大小裁决驱动机构的驱动或测角传感器是否有故障。

Description

一种双自由度太阳翼驱动机构的星上自主故障诊断方法
技术领域
本发明涉及航天器控制技术领域。更具体地，涉及一种双自由度太阳翼驱动机构的星上自主故障诊断方法和系统。
背景技术
电源系统是卫星必不可少的组成部分。它为卫星各个分系统提供能量，使其在轨期间能正常工作，顺利完成预定任务。卫星的电源主要有：太阳翼电池阵和蓄电池组电源，其中太阳翼电池阵是卫星在轨运行时的主要能量来源。
在非体装太阳翼的卫星上需要引入一套驱动机构来使太阳翼实时跟踪太阳矢量。该驱动机构主要包括电机、驱动轴以及测角传感器，这些器件在工作时都可能出现故障，例如电机堵转、测角传感器输出异常等情况。如果出现故障后没有及时检测到并进行处理，会导致卫星由于电能不足而不能正常工作。因此，对驱动机构的故障检测是十分必要的。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种双自由度太阳翼驱动机构的星上自主故障诊断方法，驱动机构的A轴、B轴分别由电机、驱动轴以及测角传感器组成，A轴、B轴共用驱动控制器，包括：
S0、采集太阳翼驱动控制机构测角传感器值和步数值；
S1、将所述测角传感器值和步数值转换到角度，计算测角传感器角度和步数角度的差值；角度差值绝对值小于一定门限时，则太阳翼驱动机构工作正常；若差值大于门限，则太阳翼驱动机构A轴或B轴故障；
S2、采集太阳翼电池电流，根据太阳翼电池电流与太阳入射角关系计算出实际太阳入射角；
S3、根据A轴和B轴步数角度和测角传感器角度计算本体系下的太阳翼法线向量；
S4、根据所述太阳翼法线向量计算出理论太阳入射角；
S5、计算理论太阳入射角与实际太阳入射角差值绝对值，根据差值绝对值的大小裁决驱动机构的驱动或测角传感器是否有故障。
在一个具体实施方式中，所述S1故障判定结果包括：
事件一：A轴故障，B轴未故障，即A轴的步数角度和测角传感器角度差值绝对值大于门限；
事件二：A轴未故障，B轴故障，即B轴的步数角度和测角传感器角度差值绝对值大于门限；
事件三：A、B轴都故障，即A轴的步数角度和测角传感器角度差值绝对值大于门限，B轴的步数角度和测角传感器角度差值绝对值也大于门限。
在一个具体实施方式中，实际太阳入射角的计算式为：
β＝arccos(I/Imax)
式中，β为实际太阳入射角，I为太阳翼电池电流，Imax为太阳翼可以输出的最大电流值，可由试验测试得到。
在一个具体实施方式中，所述S3包括：
当S1的判定结果为事件一时，以B轴测角传感器角度为有效角度，分别与A轴的步数角度、测角传感器角度计算出卫星本体系下太阳翼法向量
Figure BDA0002997043110000021
Figure BDA0002997043110000022
Figure BDA0002997043110000023
当S1的判定结果为事件二时，以A轴测角传感器角度为有效角度，分别与B轴的步数角度和测角传感器角度计算出卫星本体系下太阳翼法向量
Figure BDA0002997043110000024
Figure BDA0002997043110000025
Figure BDA0002997043110000026
当S1的判定结果为事件三时，以A轴测角传感器角度分别与B轴的步数角度和测角传感器角度计算出卫星本体系下太阳翼法向量
Figure BDA0002997043110000027
Figure BDA0002997043110000031
Figure BDA0002997043110000032
以A轴步数角度分别与B轴的步数角度和测角传感器角度计算出卫星本体系下太阳翼法向量
Figure BDA0002997043110000033
Figure BDA0002997043110000034
Figure BDA0002997043110000035
其中，B2为B轴测角传感器角度，A1为A轴步数角度，A2为A轴测角传感器角度，M为太阳翼安装矩阵。
在一个具体实施方式中，所述S0包括：
S000、判断太阳翼驱动控制器是否上电状态若是执行S001，若否跳出；
S001、判断太阳翼驱动控制器是否第一次上电，若是执行S002，若否执行S003；
S002、星上计算机将关键变量步数值发送给驱动机构控制器，使驱动机构控制器步数计数以此步数值为起点计数；
S003、采集所述驱动机构的测角传感器值和步数值，将所述测角传感器值转换到对应步数值，并存入关键变量；
S004、将关键变量备份在电源控制器中。
在一个具体实施方式中，所述理论太阳入射角计算式为
Figure BDA0002997043110000036
式中，
Figure BDA0002997043110000037
表示本体系下太阳矢量，
Figure BDA0002997043110000038
表示太阳翼法向量
Figure BDA0002997043110000039
Figure BDA00029970431100000310
θ表示不同法向量通过上式分别计算得到对应的太阳入射角θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6、θ7、θ8。
在一个具体实施方式中，所述S5包括：
当S1的判定结果为事件一时，
若|β-θ1|和|β-θ2|都小于或等于门限值，不裁决故障；
若|β-θ1|和|β-θ2|都大于门限值，不裁决故障；
若|β-θ1|小于或等于门限值，|β-θ2|大于门限值，则A轴驱动正常，测角传感器故障；
若|β-θ1|大于门限值，|β-θ2|小于或等于门限值，则A轴驱动故障，测角传感器正常；
当S1的判定结果为事件二时，
若|β-θ3|和|β-θ4|都小于或等于门限值，不裁决故障；
若|β-θ3|和|β-θ4|都大于门限值，不裁决故障；
若|β-θ3|小于或等于门限值，|β-θ4|大于门限值，则B轴驱动正常，测角传感器故障；
若|β-θ3|大于门限值，|β-θ4|小于或等于门限值，则B轴驱动故障，测角传感器正常；
当S1的判定结果为事件三时，
若|β-θ5|、|β-θ6|、|β-θ7|和|β-θ8|都大于门限值，不裁决故障；
若|β-θ5|、|β-θ6|、|β-θ7|和|β-θ8|不都大于门限值，则比较四个差值的大小：
若|β-θ5|最小，则A轴驱动故障，B轴测角传感器故障；
若|β-θ6|最小，则A轴驱动故障，B轴驱动故障；
若|β-θ7|最小，则A轴测角传感器故障，B轴测角传感器故障；
若|β-θ8|最小，则A轴测角传感器故障，B轴驱动故障。
一种双自由度太阳翼驱动机构的星上自主故障诊断系统，包括：
故障判断模块，用于采集太阳翼驱动控制机构测角传感器值和步数值，将所述测角传感器值和步数值分别转换到角度；计算测角传感器角度和步数角度的差值；角度差值绝对值小于一定门限时，则太阳翼驱动机构工作正常；若差值大于门限，则太阳翼驱动机构异常，进而判定驱动机构A轴、B轴是否有故障；
电流裁决模块，用于采集太阳翼电池电流，根据太阳翼电池电流与太阳入射角关系计算出实际太阳入射角；根据A轴和B轴步数角度和测角传感器角度计算本体系下的太阳翼法线向量；根据所述太阳翼法线向量计算出理论太阳入射角；计算理论太阳入射角与实际太阳入射角差值绝对值，根据差值绝对值的大小裁决驱动机构的驱动或测角传感器是否有故障。
在一个具体实施方式中，所述故障判断模块包括：
数据采集单元，被配置为按下列步骤采集测角传感器值和步数值：
S000、判断太阳翼驱动控制器是否上电状态若是执行S001，若否跳出；
S001、判断太阳翼驱动控制器是否第一次上电，若是执行S002，若否执行S003；
S002、星上计算机将关键变量步数值发送给驱动机构控制器，使驱动机构控制器步数计数以此步数值为起点计数；
S003、采集所述驱动机构的测角传感器值和步数值，将所述测角传感器值转换到对应步数值，并存入关键变量；
S004、将关键变量备份在电源控制器中。
本发明的有益效果如下：本发明的双自由度太阳翼驱动机构的星上自主故障诊断方法可及时、有效的检测出驱动机构的故障情况，并将故障类别上报到卫星控制系统，以便控制系统采取相应的处理措施；提出将太阳翼电流用于故障定位。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出太阳翼驱动机构组成框图。
图2示出本发明实施例的故障判断模块相关设备关系图。
图3示出本发明实施例的一种双自由度太阳翼驱动机构的星上自主故障诊断方法流程图。
图4示出本发明实施例的故障判断具体流程图。
图5示出本发明实施例的电流裁决具体流程图。
图6示出本发明实施例的自主故障诊断系统工作流程。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
太阳翼驱动机构是指太阳翼对日跟踪旋转时的驱动部件，双自由度太阳翼包含转动和摆动两个自由度运动，分别由驱动机构的A轴、B轴完成。驱动机构A轴、B轴分别由电机、驱动轴以及测角传感器组成，共用驱动控制器。星上自主故障诊断是指卫星控制系统根据驱动机构反馈角度以及太阳翼帆板电池电流经计算后将故障定位，故障类别包括驱动故障或测角传感器故障。卫星两侧各有一套相同的双自由度太阳翼驱动机构，两侧驱动机构的自主故障诊断方法相同且工作过程独立，本发明以一侧驱动机构为例进行说明。
如图1所示，驱动机构A轴、B轴分别由电机、驱动轴以及测角传感器组成，共用驱动控制器。驱动控制器输出驱动脉冲驱动步进电机，测角传感器测出驱动轴运动角度。步数值是指驱动控制器输出脉冲计数。
本发明实施例提供一种双自由度太阳翼驱动机构的星上自主故障诊断系统，包括：
故障判断模块，用于采集太阳翼驱动控制机构测角传感器值和步数值，将所述测角传感器值和步数值分别转换到角度；计算测角传感器角度和步数角度的差值；角度差值绝对值小于一定门限时，则太阳翼驱动机构工作正常；若差值大于门限，则太阳翼驱动机构异常，进而判定驱动机构A轴、B轴是否有故障；图2示出故障判断模块相关设备关系图。
电流裁决模块，用于采集太阳翼电池电流，根据太阳翼电池电流与太阳入射角关系计算出实际太阳入射角；根据A轴和B轴步数角度和测角传感器角度计算本体系下的太阳翼法线向量；根据所述太阳翼法线向量计算出理论太阳入射角；计算理论太阳入射角与实际太阳入射角差值绝对值，根据差值绝对值的大小裁决驱动机构的驱动或测角传感器是否有故障。
图6示出了本发明所述系统工作流程，先由故障判断模块判断出是A轴或B轴出现故障，再由电流模块裁决出是哪个轴的哪种故障，并上报故障。
本发明实施例基于上述系统提供一种双自由度太阳翼驱动机构的星上自主故障诊断方法，该方法首先判断驱动机构是否故障，其次判断是哪种故障，星上自主故障诊断首先调用故障判断模块：利用驱动控制器输出步数角度和测角传感器角度是否一致判断是否故障。所述步数角度是指驱动控制器输出脉冲数换算的角度。在判定驱动机构故障后调用电流裁决模块：根据采集太阳翼电池电流得到实际太阳入射角，由于卫星轨道、姿态数据已知，根据A、B轴驱动机构的步数角度和测角传感器角度最多可组合计算4种理论太阳入射角，与实际太阳入射角最接近的理论太阳入射角对应的反馈角度为有效角度，如果步数角度有效，测角传感器角度无效，则判定驱动机构测角传感器故障。如果测角传感器角度有效，步数角度无效，则判定驱动机构的电机传动故障。自主故障诊断主流程以0.5s周期运行一次。
如图3所示，一种双自由度太阳翼驱动机构的星上自主故障诊断方法具体流程包括：
故障判断流程如图4所示：
S0、采集太阳翼驱动控制机构测角传感器值和步数值，将所述测角传感器值和步数值分别转换到角度；
S000、判断太阳翼驱动控制器是否上电状态若是执行S001，若否跳出；
S001、判断太阳翼驱动控制器是否第一次上电，若是执行S002，若否执行S003；
S002、星上计算机将关键变量步数值发送给驱动机构控制器，使驱动机构控制器步数计数以此步数值为起点计数；如图2所示，当计算机重启时，将从电源控制器读取关键变量步数值并赋给驱动控制器。当驱动控制器重启时，计算机中关键变量步数值将赋值给驱动控制器。关键变量步数值的初值由测角传感器零位安装位置决定。在卫星入轨后太阳翼驱动机构第一次上电时，关键变量步数值为初始装订值，为90/360*20000，其数值由测角传感器零位安装位置决定，本例太阳翼驱动机构初始位置为90°，关键变量步数值的初始装订值即为90/360*20000。
S003、采集所述驱动机构的测角传感器值和步数值，将所述测角传感器值转换到对应步数值，并存入关键变量；
S004、将关键变量备份在电源控制器中；
S1、将测角传感器值和步数值转换到角度，计算测角传感器角度和步数角度的差值；角度差值绝对值小于一定门限时，则太阳翼驱动机构工作正常；
若差值大于门限，则太阳翼驱动机构相关轴故障；
以A轴举例说明测角传感器值和步数值与角度的换算关系，B轴与A轴相同。步数值m1与步数角度A1的转换关系是：A1＝m2/20000*360°。测角传感器值m2与测角传感器角度A2转换关系是：A2＝m1/40000*360°。
计算两角度的差值绝对值|Δα|设门限为0.5°。若|Δα|≤0.5°，驱动机构相关轴工作正常。若|Δα|＞0.5°，驱动机构相关轴故障。
|Δα|＞0.5°时，故障判定结果包括：
事件一：A轴故障，B轴未故障，即A轴的步数角度和测角传感器角度不一致；
事件二：A轴未故障，B轴故障，即B轴的步数角度和测角传感器角度不一致；
事件三：A、B轴都故障，即A轴的步数角度和测角传感器角度不一致，B轴的步数角度和测角传感器角度也不一致。
电流裁决流程如图5所示：
S2、采集太阳翼电池电流，根据太阳翼电池电流与太阳入射角关系计算出实际太阳入射角，实际太阳入射角的计算式为：
β＝arccos(I/Imax)
式中，β为实际太阳入射角，取值范围为[0,90]度；I为太阳翼电池电流，Imax为太阳翼可以输出的最大电流值，可由试验测试得到。
S3、根据A轴和B轴步数角度和测角传感器角度计算本体系下的太阳翼法线向量；
当S1的判定结果为事件一时，以B轴测角传感器角度为有效角度，分别与A轴的步数角度、测角传感器角度计算出卫星本体系下太阳翼法向量
Figure BDA0002997043110000081
Figure BDA0002997043110000082
Figure BDA0002997043110000083
当S1的判定结果为事件二时，以A轴测角传感器角度为有效角度，分别与B轴的步数角度和测角传感器角度计算出卫星本体系下太阳翼法向量
Figure BDA0002997043110000084
Figure BDA0002997043110000085
Figure BDA0002997043110000086
当S1的判定结果为事件三时，以A轴测角传感器角度分别与B轴的步数角度和测角传感器角度计算出卫星本体系下太阳翼法向量
Figure BDA0002997043110000087
Figure BDA0002997043110000088
Figure BDA0002997043110000091
以A轴步数角度分别与B轴的步数角度和测角传感器角度计算出卫星本体系下太阳翼法向量
Figure BDA0002997043110000092
Figure BDA0002997043110000093
Figure BDA0002997043110000094
其中，B2为B轴测角传感器角度，A1为A轴步数角度，A2为A轴测角传感器角度，M为太阳翼安装矩阵。
S4、根据所述太阳翼法线向量计算出理论太阳入射角，计算式为：
Figure BDA0002997043110000095
式中，
Figure BDA0002997043110000096
表示本体系下太阳矢量，
Figure BDA0002997043110000097
表示太阳翼法向量
Figure BDA0002997043110000098
Figure BDA0002997043110000099
θ表示不同法向量通过上式分别计算得到对应的太阳入射角θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6、θ7、θ8。
S5、计算理论太阳入射角与实际太阳入射角差值绝对值，根据差值绝对值的大小裁决驱动机构的驱动或测角传感器是否有故障。在一定范围内找出一组与实际太阳入射角最接近的理论太阳入射角，对应的A轴、B轴相应角度即为有效角度。如果步数角度有效，测角传感器角度无效，则判定驱动机构测角传感器故障。如果测角传感器角度有效，步数角度无效，则判定驱动机构的驱动故障，比如电机堵转、丢步等。
本实施例设理论太阳入射角与实际太阳入射角差值绝对值的有效门限值为10°
S51、当S1的判定结果为事件一时，A轴故障，B轴未故障，即A轴的步数角度和测角传感器角度不一致；
1)若|β-θ1|和|β-θ2|都小于或等于门限值10°，认为差值过小会由于数据误差等因素引起误判，因此不裁决故障；
2)若|β-θ1|和|β-θ2|都大于门限值10°，可能由太阳翼电流或太阳矢量数据问题导致，因此不裁决故障；
3)若|β-θ1|≤10°，|β-θ2|>10°，认为A轴步数角度有效，测角传感器角度无效，则A轴驱动正常，测角传感器故障；
4)若|β-θ1|>10°，|β-θ2|≤10°，认为A轴步数角度无效，测角传感器角度有效，则A轴驱动故障，测角传感器正常；
S52、当S1的判定结果为事件二时，A轴未故障，B轴故障，即B轴的步数角度和测角传感器角度不一致；
5)若|β-θ3|和|β-θ4|都小于或等于门限值10°，认为差值过小会由于数据误差等因素引起误判，因此不裁决故障；
6)若|β-θ3|和|β-θ4|都大于门限值10°，可能由太阳翼电流或太阳矢量数据问题导致，因此不裁决故障；
7)若|β-θ3|≤10°，|β-θ4|>10°，认为B轴步数角度有效，测角传感器角度无效，则B轴驱动正常，测角传感器故障；
8)若|β-θ3|>10°，|β-θ4|≤10°，认为B轴步数角度无效，测角传感器角度有效，则B轴驱动故障，测角传感器正常；
S53、当S1的判定结果为事件三时，A、B轴都故障，即A轴的步数角度和测角传感器角度不一致，B轴的步数角度和测角传感器角度也不一致；
1)若|β-θ5|、|β-θ6|、|β-θ7|和|β-θ8|都大于门限值10°，认为差值过小会由于数据误差等因素引起误判，因此不裁决故障；
2)若|β-θ5|、|β-θ6|、|β-θ7|和|β-θ8|不都大于门限值10°，则比较四个差值的大小：
①若|β-θ5|最小，则A轴驱动故障，B轴测角传感器故障；
②若|β-θ6|最小，则A轴驱动故障，B轴驱动故障；
③若|β-θ7|最小，则A轴测角传感器故障，B轴测角传感器故障；
④若|β-θ8|最小，则A轴测角传感器故障，B轴驱动故障。
本领域技术人员可以理解，本实施例中的系统还可以实现一种双自由度太阳翼驱动机构的星上自主故障诊断方法中所述的其它方法步骤，在此不再赘述。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种双自由度太阳翼驱动机构的星上自主故障诊断方法，驱动机构的A轴、B轴分别由电机、驱动轴以及测角传感器组成，A轴、B轴共用驱动控制器，其特征在于，包括：
S0、采集太阳翼驱动机构测角传感器值和步数值；
S1、将所述测角传感器值和步数值转换到角度，计算测角传感器角度和步数角度的差值；角度差值绝对值小于一定门限时，则太阳翼驱动机构工作正常；若差值大于门限，则太阳翼驱动机构A轴或B轴故障；
S2、采集太阳翼电池电流，根据太阳翼电池电流与太阳入射角关系计算出实际太阳入射角；
S3、根据A轴和B轴步数角度和测角传感器角度计算本体系下的太阳翼法线向量；
S4、根据所述太阳翼法线向量计算出理论太阳入射角；
S5、计算理论太阳入射角与实际太阳入射角差值绝对值，根据差值绝对值的大小裁决驱动机构的驱动或测角传感器是否有故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1的故障判定结果包括：
事件一：A轴故障，B轴未故障，即A轴的步数角度和测角传感器角度差值绝对值大于门限；
事件二：A轴未故障，B轴故障，即B轴的步数角度和测角传感器角度差值绝对值大于门限；
事件三：A、B轴都故障，即A轴的步数角度和测角传感器角度差值绝对值大于门限，B轴的步数角度和测角传感器角度差值绝对值也大于门限。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，实际太阳入射角的计算式为：
β＝arccos(I/Imax)
式中，β为实际太阳入射角，I为太阳翼电池电流，Imax为太阳翼可以输出的最大电流值，可由试验测试得到。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述S3包括：
当S1的判定结果为事件一时，以B轴测角传感器角度为有效角度，分别与A轴的步数角度、测角传感器角度计算出卫星本体系下太阳翼法向量
Figure FDA0003712218830000021
Figure FDA0003712218830000022
Figure FDA0003712218830000023
当S1的判定结果为事件二时，以A轴测角传感器角度为有效角度，分别与B轴的步数角度和测角传感器角度计算出卫星本体系下太阳翼法向量
Figure FDA0003712218830000024
Figure FDA0003712218830000025
Figure FDA0003712218830000026
当S1的判定结果为事件三时，以A轴测角传感器角度分别与B轴的步数角度和测角传感器角度计算出卫星本体系下太阳翼法向量
Figure FDA0003712218830000027
Figure FDA0003712218830000028
Figure FDA0003712218830000029
以A轴步数角度分别与B轴的步数角度和测角传感器角度计算出卫星本体系下太阳翼法向量
Figure FDA00037122188300000210
Figure FDA00037122188300000211
Figure FDA0003712218830000031
其中，B1为B轴的步数角度，B2为B轴测角传感器角度，A1为A轴步数角度，A2为A轴测角传感器角度，M为太阳翼安装矩阵。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S0包括：
S000、判断太阳翼驱动控制器是否上电状态若是执行S001，若否跳出；
S001、判断太阳翼驱动控制器是否第一次上电，若是执行S002，若否执行S003；
S002、星上计算机将关键变量步数值发送给驱动机构控制器，使驱动机构控制器步数计数以此步数值为起点计数；
S003、采集所述驱动机构的测角传感器值和步数值，将所述测角传感器值转换到对应步数值，并存入关键变量；
S004、将关键变量备份在电源控制器中。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述理论太阳入射角计算式为
Figure FDA0003712218830000032
式中，
Figure FDA0003712218830000033
表示本体系下太阳矢量，
Figure FDA0003712218830000034
表示太阳翼法向量
Figure FDA0003712218830000035
Figure FDA0003712218830000036
θ表示不同法向量通过上式分别计算得到对应的太阳入射角θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6、θ7、θ8。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述S5包括：
当S1的判定结果为事件一时，
若|β-θ1|和|β-θ2|都小于或等于门限值，不裁决故障；
若|β-θ1|和|β-θ2|都大于门限值，不裁决故障；
若|β-θ1|小于或等于门限值，|β-θ2|大于门限值，则A轴驱动正常，测角传感器故障；
若|β-θ1|大于门限值，|β-θ2|小于或等于门限值，则A轴驱动故障，测角传感器正常；
当S1的判定结果为事件二时，
若|β-θ3|和|β-θ4|都小于或等于门限值，不裁决故障；
若|β-θ3|和|β-θ4|都大于门限值，不裁决故障；
若|β-θ3|小于或等于门限值，|β-θ4|大于门限值，则B轴驱动正常，测角传感器故障；
若|β-θ3|大于门限值，|β-θ4|小于或等于门限值，则B轴驱动故障，测角传感器正常；
当S1的判定结果为事件三时，
若|β-θ5|、|β-θ6|、|β-θ7|和|β-θ8|都大于门限值，不裁决故障；
若|β-θ5|、|β-θ6|、|β-θ7|和|β-θ8|不都大于门限值，则比较四个差值的大小：
若|β-θ5|最小，则A轴驱动故障，B轴测角传感器故障；
若|β-θ6|最小，则A轴驱动故障，B轴驱动故障；
若|β-θ7|最小，则A轴测角传感器故障，B轴测角传感器故障；
若|β-θ8|最小，则A轴测角传感器故障，B轴驱动故障。
8.一种双自由度太阳翼驱动机构的星上自主故障诊断系统，其特征在于，包括：
故障判断模块，用于采集太阳翼驱动控制机构测角传感器值和步数值；将所述测角传感器值和步数值分别转换到角度，计算测角传感器角度和步数角度的差值；角度差值绝对值小于一定门限时，则太阳翼驱动机构工作正常；若差值大于门限，则太阳翼驱动机构异常，进而判定驱动机构A轴、B轴是否有故障；
电流裁决模块，用于采集太阳翼电池电流，根据太阳翼电池电流与太阳入射角关系计算出实际太阳入射角；根据A轴和B轴步数角度和测角传感器角度计算本体系下的太阳翼法线向量；根据所述太阳翼法线向量计算出理论太阳入射角；计算理论太阳入射角与实际太阳入射角差值绝对值，根据差值绝对值的大小裁决驱动机构的驱动或测角传感器是否有故障。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述故障判断模块包括：
数据采集单元，被配置为按下列步骤采集测角传感器值和步数值：
S000、判断太阳翼驱动控制器是否上电状态若是执行S001，若否跳出；
S001、判断太阳翼驱动控制器是否第一次上电，若是执行S002，若否执行S003；
S002、星上计算机将关键变量步数值发送给驱动机构控制器，使驱动机构控制器步数计数以此步数值为起点计数；
S003、采集所述驱动机构的测角传感器值和步数值，将所述测角传感器值转换到对应步数值，并存入关键变量；
S004、将关键变量备份在电源控制器中。
CN202110333111.4A 2021-03-29 2021-03-29 一种双自由度太阳翼驱动机构的星上自主故障诊断方法 Active CN113126594B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110333111.4A CN113126594B (zh) 2021-03-29 2021-03-29 一种双自由度太阳翼驱动机构的星上自主故障诊断方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110333111.4A CN113126594B (zh) 2021-03-29 2021-03-29 一种双自由度太阳翼驱动机构的星上自主故障诊断方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113126594A CN113126594A (zh) 2021-07-16
CN113126594B true CN113126594B (zh) 2022-09-23

Family

ID=76774248

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110333111.4A Active CN113126594B (zh) 2021-03-29 2021-03-29 一种双自由度太阳翼驱动机构的星上自主故障诊断方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113126594B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102004492A (zh) * 2010-10-11 2011-04-06 北京控制工程研究所 一种非太阳同步轨道卫星双轴帆板控制方法
CN102749497A (zh) * 2012-07-13 2012-10-24 北京空间飞行器总体设计部 卫星太阳电池阵电流输出预测及故障诊断方法
CN104836529A (zh) * 2015-05-20 2015-08-12 北京空间飞行器总体设计部 一种在轨卫星太阳电池阵输出电流的故障诊断方法
CN107014398A (zh) * 2017-04-13 2017-08-04 北京奥博太空科技有限公司 卫星模拟太阳敏感器故障检测方法及装置
CN110687886A (zh) * 2019-09-16 2020-01-14 上海航天控制技术研究所 一种摆动式帆板驱动系统的故障诊断与重构方法
CN111127660A (zh) * 2019-11-13 2020-05-08 上海航天控制技术研究所 一种空间站太阳帆板驱动控制系统及方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102004492A (zh) * 2010-10-11 2011-04-06 北京控制工程研究所 一种非太阳同步轨道卫星双轴帆板控制方法
CN102749497A (zh) * 2012-07-13 2012-10-24 北京空间飞行器总体设计部 卫星太阳电池阵电流输出预测及故障诊断方法
CN104836529A (zh) * 2015-05-20 2015-08-12 北京空间飞行器总体设计部 一种在轨卫星太阳电池阵输出电流的故障诊断方法
CN107014398A (zh) * 2017-04-13 2017-08-04 北京奥博太空科技有限公司 卫星模拟太阳敏感器故障检测方法及装置
CN110687886A (zh) * 2019-09-16 2020-01-14 上海航天控制技术研究所 一种摆动式帆板驱动系统的故障诊断与重构方法
CN111127660A (zh) * 2019-11-13 2020-05-08 上海航天控制技术研究所 一种空间站太阳帆板驱动控制系统及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
卫星太阳翼驱动机构可靠性建模与分析;龚浙安;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20140115(第1期);第C031-87页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113126594A (zh) 2021-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110224160B (zh) 一种燃料电池系统故障诊断方法
CN112130543B (zh) 一种基于fc-ae-1553高速总线的运载火箭电气系统
KR102068884B1 (ko) 윈드 발전기 세트를 위한 요잉 제어 방법 및 디바이스
CN103081351A (zh) 电动机控制装置及电动机控制方法、控制系统及该控制系统中使用的位置推定方法
CN114564000B (zh) 基于智能飞行器执行器故障诊断的主动容错方法及系统
CN107014398B (zh) 卫星模拟太阳敏感器故障检测方法及装置
CN108445764B (zh) Stewart平台的主动柔顺控制策略
Yang et al. Experimental study of fault-tolerant system design for underwater robots
CN113126594B (zh) 一种双自由度太阳翼驱动机构的星上自主故障诊断方法
CN115629547B (zh) 一种面向舵面故障的飞机机载容错控制方法及系统
CN114923503B (zh) 一种基于主元分析的在轨航天器陀螺仪和星敏感器故障诊断方法
CN115167508A (zh) 一种多旋翼无人机传感器故障安全飞行控制系统及方法
CN105136172B (zh) 一种基于关联关系建模的卫星敏感器故障诊断方法
CN113311714A (zh) 多关节仿生机器鱼传感器故障诊断与容错控制方法及系统
CN106338307B (zh) 具有偏航状态监测功能的风电机组状态监测系统和方法
CN110687886B (zh) 一种摆动式帆板驱动系统的故障诊断与重构方法
CN113389684B (zh) 一种风力发电机组偏航角度计数器的容错控制方法
CN111887004B (zh) 一种杆状作物收割机器人控制方法
CN109032192A (zh) 一种定日镜驱控一体化控制器及控制方法
CN108875205B (zh) 一种基于可达矩阵和离散事件驱动的系统可用度高效仿真方法
CN112937302A (zh) 一种高压监控方法、装置、存储介质及系统
CN113221372A (zh) 基于bdd的工业机器人pms系统用可靠性分析方法
CN107479534B (zh) 一种基于灰色关联理论的移动机器人故障诊断方法
Wang et al. Research on test-platform and condition monitoring method for AUV
JP3165087B2 (ja) 産業用ロボットの故障検出方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant