CN114254482A - 一种力矩控制模式下的航天器飞轮退化评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种力矩控制模式下的航天器飞轮退化评估方法，具体包括如下步骤：1.获取电流、轴温、摩擦力矩等遥测参数；2.计算飞轮2‑3个月，不同时间段的电流、轴温、摩擦力矩等遥测异常百分比；3.飞轮退化评估。通过在轨航天器的飞轮的特征参数的建模评估，实现了飞轮退化评估预测，为后续航天器的精细化管理提供了辅助决策。

Description

一种力矩控制模式下的航天器飞轮退化评估方法
技术领域
本发明属于航天测量与控制领域，具体涉及一种力矩控制模式下的航天器飞轮退化评估方法。
背景技术
航天器系统庞杂，长期工作于恶劣的空间环境，难免会出现异常或故障。某一关键部件的故障往往会引起连锁反应，导致整个系统不能正常运行甚至瘫痪。如果能在发生故障前进行退化评估，并在此基础上对部件进行维护，有效避免可能发生的重大故障，降低航天器在轨运行的风险，同时为异常的处理赢得宝贵时间，这对于提高卫星在轨运行的安全性和可靠性具有重要的意义。
飞轮作为航天器的关键部件，长期连续转动，因而很容易发生故障，而飞轮一旦出现故障，可能导致系统异常，甚至直接影响航天器的稳定性。控制力矩模式的航天器，飞轮接受航天器姿态控制系统给出的力矩输出指令，控制飞轮电机电枢电流，调整飞轮电磁力矩，输出力矩指令以实现航天器姿态控制，在航天器上具有广泛的应用。
目前，航天器飞轮的退化评估目前主要以机理模型为基础进行飞轮的退化评估，这种方法常以测试数据进行退化评估，而对于在轨数据较为缺乏，退化评估结果和在轨航天器偏差较大。
发明内容
本发明的目的是解决一种力矩控制模式下的航天器飞轮的退化评估，通过航天器飞轮数据，建立其评估模型，进而实现航天器飞轮退化评估。
本发明是这样实现的：
一种力矩控制模式下的航天器飞轮退化评估方法，具体包括如下步骤：
(1)获取航天器稳态情况下的飞轮电流
Figure BDA0003368993640000011
(n1个数据)，轴温、
Figure BDA0003368993640000012
(n2个数据)和摩擦力矩
Figure BDA0003368993640000013
(n3个数据)。
(2)计算不同时间段的电流、轴温、摩擦力矩等遥测异常百分比，(一般选取二到三个月间隔)；
步骤2.1：(一般选取二到三个月间隔)统计不同时间段的电流Imi(i＝1,2,...,n1)、轴温Tlj(j＝1,2,...,n2)、摩擦力矩Mkq(q＝1,2,...,n3)等遥测异常个数。
Imi＞Iup或Imi＜Idown(Iup为电流的上门限，Idown为电流的下门限)，Imi为异常，统计Imi异常个数为PIw；
Tmj＞Tup或Tmj＜Tdown(Tup为温度的上门限，Tdown为温度的下门限)，Tmj为异常，统计Tmj异常个数为PTw；
Mkq＞Mup或Mkq＜Mdown(Mup为摩擦力矩的上门限，Mdown为摩擦力矩的下门限)，Mkq为异常，统计Mkq异常个数为PMw；
步骤2.2：计算遥测电流、轴温、摩擦力矩异常百分比ηIw、ηTw、ηw。
Figure BDA0003368993640000021
Figure BDA0003368993640000022
Figure BDA0003368993640000023
(3)飞轮退化评估。
计算飞轮的电流早期异常百分比ηI1、中期异常百分比ηI2、末期异常百分比ηI3
计算飞轮的温度早期异常百分比ηT1、中期异常百分比ηT2、末期异常百分比ηT3
计算飞轮的摩擦力矩早期异常百分比ηM1、中期异常百分比ηM2、末期异常百分比ηM3。
如果有ηI1＜ηI2＜ηI3、ηT1＜ηT2＜ηT3且ηM1＜ηM2＜ηM3，则飞轮处于退化状态。
本发明的有益效果是：通过在轨航天器的飞轮的特征参数的建模评估，实现了飞轮退化评估预测，为后续航天器的精细化管理提供了辅助决策。
附图说明
图1本发明飞轮4早期电流异常；
图2本发明飞轮4中上期电流异常；
图3本发明飞轮4中下期电流异常；
图4本发明飞轮4末期电流异常；
图5本发明飞轮4早期轴温异常；
图6本发明飞轮4中上期轴温异常；
图7本发明飞轮4中下期轴温异常；
图8本发明飞轮4末期轴温异常；
图9本发明飞轮4早期摩擦力矩异常；
图10本发明飞轮4中上期摩擦力矩异常；
图11本发明飞轮4中下期摩擦力矩异常；
图12本发明飞轮4末期摩擦力矩异常。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例进一步说明，以某航天器的飞轮退化评估计算为例，给出实施过程。
1.获取电流、轴温、摩擦力矩等遥测参数；
2.计算飞轮4在2月3日～5日、5月27日～28日、9月17日～18日、12月2日～5日，不同时间段的电流、轴温、摩擦力矩等遥测异常百分比。
飞轮4电机电流在故障早期、中上期、中下期、末期检测出的异常百分比分别为1.29％、34.66％、40.09％和100％，
飞轮4轴承温度在异常早、中上期、中下期、末期检测出的异常百分比分别为4.37％、11.86％、41.01％和100％。
飞轮4摩擦力矩在异常早、中上期、中下期、末期检测出的异常百分比分别为1.56％、34.39％、50.88％和100％。
3.飞轮退化评估
飞轮4电机电流百分比ηI1＜ηI2＜ηI3＜ηI4，飞轮4轴承温度百分比ηT1＜ηT2＜ηT3＜ηT4，飞轮4摩擦力矩百分比ηM1＜ηM2＜ηM3＜ηM4，飞轮处于退化过程，飞轮4将处于故障。

Claims (1)

1.一种力矩控制模式下的航天器飞轮退化评估方法，具体包括如下步骤：
(1)获取航天器稳态情况下的飞轮电流
Figure FDA0003368993630000011
(n1个数据)，轴温、
Figure FDA0003368993630000012
(n2个数据)和摩擦力矩
Figure FDA0003368993630000013
(n3个数据)；
(2)计算不同时间段的电流、轴温、摩擦力矩等遥测异常百分比，选取2-3个月间隔；
步骤2.1：选取2-3个月间隔，统计不同时间段的电流Imi(i＝1,2,...,n1)、轴温Tlj(j＝1,2,...,n2)、摩擦力矩Mkq(q＝1,2,...,n3)遥测异常个数；
Imi＞Iup或Imi＜Idown，其中，Iup为电流的上门限，Idown为电流的下门限，Imi为异常，统计Imi异常个数为PIw；
Tmj＞Tup或Tmj＜Tdown，其中，Tup为温度的上门限，Tdown为温度的下门限，Tmj为异常，统计Tmj异常个数为PTw；
Mkq＞Mup或Mkq＜Mdown，其中，Mup为摩擦力矩的上门限，Mdown为摩擦力矩的下门限，Mkq为异常，统计Mkq异常个数为PMw；
步骤2.2：计算遥测电流、轴温、摩擦力矩异常百分比ηIw、ηTw、ηw；
Figure FDA0003368993630000014
Figure FDA0003368993630000015
Figure FDA0003368993630000016
(3)进行飞轮退化评估：
计算飞轮的电流早期异常百分比ηI1、中期异常百分比ηI2、末期异常百分比ηI3；
计算飞轮的温度早期异常百分比ηT1、中期异常百分比ηT2、末期异常百分比ηT3；
计算飞轮的摩擦力矩早期异常百分比ηM1、中期异常百分比ηM2、末期异常百分比ηM3；
如果有ηI1＜ηI2＜ηI3、ηT1＜ηT2＜ηT3且ηM1＜ηM2＜ηM3，则飞轮处于退化状态。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19909203A1 (de) * 1999-03-03 2000-09-07 Zahnradfabrik Friedrichshafen Verfahren zur Temperaturbestimmung eines Bauteils
DE102012219034A1 (de) * 2011-11-03 2013-05-08 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Reibungskupplung
CN103679378A (zh) * 2013-12-20 2014-03-26 北京航天测控技术有限公司 基于遥测数据评估航天器健康状态的方法及装置
CN108983801A (zh) * 2018-08-14 2018-12-11 北京航空航天大学 一种基于反作用飞轮动态特性的航天器抗干扰姿控方法
CN111813159A (zh) * 2020-06-15 2020-10-23 清华大学 控制力矩陀螺输出力矩的预示方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19909203A1 (de) * 1999-03-03 2000-09-07 Zahnradfabrik Friedrichshafen Verfahren zur Temperaturbestimmung eines Bauteils
DE102012219034A1 (de) * 2011-11-03 2013-05-08 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Reibungskupplung
CN103679378A (zh) * 2013-12-20 2014-03-26 北京航天测控技术有限公司 基于遥测数据评估航天器健康状态的方法及装置
CN108983801A (zh) * 2018-08-14 2018-12-11 北京航空航天大学 一种基于反作用飞轮动态特性的航天器抗干扰姿控方法
CN111813159A (zh) * 2020-06-15 2020-10-23 清华大学 控制力矩陀螺输出力矩的预示方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王竣德;孙权;潘正强;刘天宇;: "基于性能退化的控制力矩陀螺寿命预测", 科学技术与工程, no. 33, 28 November 2013 (2013-11-28) *
闻新;张兴旺;秦钰琦;李新;张文浩;: "国外航天器在轨故障模式统计与分析", 质量与可靠性, no. 06, 15 December 2014 (2014-12-15) *

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