航天器故障诊断与容错控制技术研究综述

详细综述了航天器故障诊断与容错控制的研究进展。重点从基于模型的方法、基于数据的方法和基于知识的方法三个方面分别阐述了航天器故障诊断技术的研究进展，并且总结了航天器容错控制技术的研究现状，然后介绍了国内外的一些相关技术项目的开展情况，最后对未来可能的发展方向进行了探讨。     

航天器姿态容错控制技术研究现状与发展

更远、更复杂的人类空间探测任务要求航天器具有更高的可靠性,因此航天器的容错控制技术受到了广泛关注。对航天器姿态系统的容错控制技术发展现状进行了分析,总结了国内外近年来航天器姿态容错控制的成果,重点分析了利用自适应控制、滑模控制、模糊控制、神经网络控制等理论开展容错控制的进展,并分别阐述了采用不同技术途径发展容错控制的优缺点。最后,展望了航天器姿态容错控制技术未来的发展。     

航天器综合电子系统在轨重构容错技术研究

重构容错技术是指利用可重用的软硬件资源,根据不同的任务需求或故障情况进行重新配置,从而可以实现在轨升级或故障修复。文章在介绍重构容错技术的基础上,以NASA的SpaceCube处理器和BittWare公司的重构处理器为典型案例,阐述了其系统构架、重构容错设计和应用情况,总结分析了航天器综合电子系统重构容错技术的优势,如减少系统的冗余和备份,降低制造和修复成本,实现系统内部局部故障的自修复等。借鉴国外重构容错技术的发展和应用,总结出国内航天器综合电子系统重构容错技术应用存在的问题,如缺乏标准化的功能模块设计、在轨故障诊断精度较低等,并提出应开展在轨重构需求分析,以及功能模块化和可重构性的方案设计等建议,可为国内航天器综合电子系统的在轨重构容错设计及相关研究工作提供参考。     

航天器空间自主交会故障诊断与容错控制的集成设计

提出了一种航天器圆轨道自主交会故障诊断与容错控制的集成设计方法。在考虑推力器输出约束的情况下,完成了故障诊断与容错控制的集成设计,该集成设计包括鲁棒容错控制器设计和鲁棒故障观测器设计两大部分。为了提高交会过程中的过渡性能,对该控制器完成了鲁棒D稳定性分析。仿真表明该设计具有良好的动态性能和对推力器故障的容错性,并且能够快速准确地诊断出推力器和交会敏感器的故障。     

航天器姿态机动规划技术研究进展

以航天器多约束姿态控制为背景，围绕姿态机动路径的复杂约束处理问题，对姿态机动规划技术的规划模型、方法研究现状与未来发展趋势进行了论述、分析与归纳。首先介绍了航天器姿态机动规划模型，随后梳理并总结了航天器姿态机动规划技术发展历程及现状，从方法逻辑、设计思想等方面对姿态机动规划方法进行分类和关键技术分析，进一步根据技术发展脉络和未来航天任务需求，提出了航天器姿态机动规划技术的若干发展趋势。     

航天器自主故障诊断技术研究进展

阐述了航天器自主故障诊断的必要性、特点和主要挑战.将自主故障诊断技术分为基于解析模型的方法、基于信号处理的方法和基于知识的方法三类,重点归纳民近年来国内外航天器自主故障诊断技术的最新研究进展和存在的主要问题,总结了国内航天器自主故障诊断技术在实际项目中应用的现状,最后展望了航天器自主故障诊断技术未来的发展方向.     

基于视线制导的空间自主交会故障诊断与容错控制集成设计

为提高空间自主交会最终逼近段航天器的安全性,提出了一种椭圆轨道自主交会问题的故障诊断与容错控制集成设计方法.对于视线制导坐标系下的空间自主交会追踪航天器推力器故障,首先基于鲁棒H∞理论设计了非线性容错控制器,并基于Lyapunov稳定性理论设计了 一种自适应故障观测器,最后使用Matlab的LMI工具箱完成该观测器求解.仿真结果表明:该法简单、有效,有较高的理论和工程应用价值.     

分布式容错计算机系统在航天器上的应用

计算机容错技术是提高系统可靠性的强有力手段，卫星星上数据管理系统是高可靠性的分布式容错计算机技术系统，在硬件和软件的设计中，应用了故障检测、故障屏蔽和动态冗余等多种容错技术，本文从理论和工程实践两个方面介绍了各种容错技术在航天器上的应用。     

运载火箭动力系统故障下制导控制技术研究进展

动力系统故障是导致运载火箭发射任务失败的最常见原因,从动力系统故障建模、自主制导和容错控制方面,系统地阐述了动力系统故障下运载火箭制导控制技术的研究进展,为发展新型制导控制算法提供了思路。建立了推力下降故障和执行机构故障的数学建模,并对比了国内外先进运载火箭的制导控制性能;总结了动力系统故障下自主制导所涉及的轨迹优化和制导算法;在被动、主动容错控制框架内,回顾了典型的故障诊断、控制重构、容错控制和震动抑制方法;同时,概述了人工智能技术在自主制导和容错控制方面的应用;结合“会学习”的运载火箭概念,讨论了人工智能技术在促进运载火箭自主化和智能化方面的发展趋势,对未来智慧火箭的制导控制技术进行了展望。     

基于混合H2H∞的集成故障诊断与容错控制研究

研究了一类线性不确定系统的集成故障诊断与容错控制。针对执行机构和敏感器故障，考虑故障诊断结果的不确定性与系统参数的不确定性，分别采用H2和H∞范数作为系统故障诊断和容错控制的性能指标，设计输出反馈混合H2/H∞控制律，运用线性矩阵不等式（LMI）方法求解集成故障诊断与容错控制问题。最后，建立卫星闭环姿态控制系统对算法进行了仿真验证，仿真结果验证了方法的有效性。     

基于故障树模型的航天器故障诊断研究

本文建立了基于故障树模型的航天器故障诊断框架，提出了航天器故障诊断的知识组织和表示方法及相应的推理控制策略，并通过对某卫星能源系统故障实验台的故障诊断验证了方法的正确性。     

基于小波分析的航天器姿态控制系统故障诊断方法研究

小波分析是一种全新的时频两维的信号分析技术,本文将其引入航天器姿态控制系统故障诊断,并针对姿态控制系统所采用的红外地球敏感器、陀螺和姿控发动机的典型故障模式,研究了基于小波分析技术的故障诊断方法。仿真结果证明了所提方法的有效性。     

面向航天器控制系统故障诊断的实时专家系统通用框架

本文介绍了一个可用于航天器控制系统故障诊断的实时专家系统框架，阐述了系统的设计思想和实现方法。该框架可适用于不同的航天器控制系统。     

航天器遥控FPGA片上容错设计技术研究

结合深空探测项目研制任务研究遥控数据接收处理电路FPGA片上容错设计技术。在研究航天器遥控数据接收处理电路数据模型的基础上,提出遥控数据接收处理电路FPGA片上小粒度自主备份容错设计方法;应用此新方法进行遥控指令通道FPGA设计优化;针对FPGA缺陷成团性,进行遥控指令通道FPGA布局优化,最终设计出能够自主容错,容错能力更强,可以应对缺陷成团性影响的新一代遥控指令通道FPGA。这一FPGA的实现,验证了文中提出的新方法,也为未来深空探测项目、微小卫星等提供新的遥控产品。     

基于模糊神经网络的飞船GNC分系统故障诊断

研究了基于模糊神经网络的飞船GNC分系统的故障诊断方法,提出了重构新的激励函数并附加动量因子的改进BP算法,采用了由输入层、输出层、隐含层和量化层组成的一种4层前向模糊神经网络,通过Ⅱ型隶属度函数完成输入模糊化。建立了基于模糊神经网络的GNC分系统故障诊断系统,实验验证了改进BP算法以及该诊断系统的正确性和有效性。     

一种适用于航天器某些故障诊断的知识获取方法

尽可能快地找出航天器在工作过程中出现的故障，采取补救措施，可减少或避免重大损失。故障诊断专家系统可帮助人们作出快速诊断，但它的诊断准确率主要取决于其知识的正确性。以往这些知识是靠领域专家给出的。本文根据航天器某些故障的特点，提出了一种处理连续变元示例的知识自动获取方法，用这种方法获取的诊断故障的规则，在实践中检验是正确的     

基于时间逻辑的航天器控制系统故障诊断的深层知识表示方法

本文介绍了一种关于时间逻辑的知识表示方法，引入了特征量属性及动态框架、事件、衍生事件的概念，给出了与时间有关的事件及包含事件间时间逻辑关系的衍生事件的表示方法，并将它们应用于航天器控制系统实时故障诊断专家系统中。这一研究是对时变系统深层知识表示方法的新探索。     

机载导弹电路多级信息融合技术的故障诊断

本文建构了多级信息融合技术故障诊断的框架 ,分析了该技术进行故障诊断的原理 ,并结合某型机载导弹电路说明该技术在故障诊断中的应用 ,得到了较为理想的结果。     

基于快速终端滑模的航天器自适应容错控制

针对存在不确定的执行机构部分失效故障和未知外界扰动的航天器姿态跟踪控制问题,提出了一种基于自适应快速终端滑模控制的容错控制方法。在没有故障检测与诊断信息的情况下,采用快速终端滑模控制原理,利用自适应算法在线估计得到的故障信息,设计具有鲁棒性的容错控制器,使系统在执行机构故障发生时,能在有限时间内以指数收敛,实现系统有限时间渐近稳定,以及对航天器的容错控制和干扰的抑制。仿真结果表明,与基于普通滑模控制器的容错控制相比,该方法在保证系统鲁棒性和可靠性的同时,具有更快的收敛速率,实现执行机构故障时有效的航天器姿态跟踪控制。