航天器控制系统智能健康管理技术发展综述

健康管理作为智能自主控制亟待突破的关键技术之一,是提升航天器安全可靠稳定运行能力的有效手段。结合人工智能技术的发展趋势,基于前期已建立的新型航天器智能自主控制系统通用架构,详细综述航天器控制系统的智能健康管理技术现状与发展趋势。首先,根据现有航天器设计、研制和在轨的具体情况,梳理出航天器控制系统健康管理技术所面临的挑战;然后,分别从故障预警、故障诊断和寿命评估3个方面,详细阐述基于人工智能的健康管理技术研究现状及其在航天领域的应用情况;最后,提炼出航天器控制系统健康管理技术的发展方向。     

基于自适应动态规划的运载火箭智能姿态容错控制

针对运作火箭主动段发动机摆动执行机构故障下的姿态控制问题,结合自适应动态规划（ADP）方法设计了一种智能容错控制策略。该智能容错控制器主要包括2部分：容错稳定控制部分和优化补偿部分。容错稳定控制部分利用自适应和滑模变结构控制设计,主要维持执行机构故障下姿态控制系统的稳定,保证姿态跟踪误差的有限时间收敛;优化补偿部分采用执行-评价结构,利用ADP的在线学习优势,根据姿态系统的跟踪误差（尤其是系统故障、强干扰导致的跟踪偏差）,设计ADP算法产生补偿控制来进一步优化姿态控制系统的跟踪性能。仿真验证表明,即使存在外部干扰和执行机构故障的情况下,所提方法仍能保证系统稳定且精确跟踪指令信号。     

航空发动机加力控制系统典型故障研究

为分析采用电子-液压机械式调节的某型航空发动机加力控制系统的故障部位,以加力状态控制的调节规律和工作原理为基础,建立了以"不能正确进入加力状态"为顶事件的故障树。按照该故障树进行发动机试车典型故障分析,使该故障有效排除。     

试验IP网故障分析策略及方法应用

针对试验IP（互联网协议）网建设和使用中遇到的网络问题,从TCP（传输控制协议）/IP网络原理和试验IP网的结构模型出发,对网络故障排查方法进行了总结,给出网络分层模型分析法、网络连接结构分析法和网络检测分析法相结合的故障排查策略。对某次测控信息联调中接收不到网络数据的真实故障案例进行了分析,运用网络检测工具对故障进行排查,依据网络结构对故障进行定位,依据网络协议对故障进行分析,验证了该方法可以使问题分析层次清晰、定位准确。     

设计模式探析及其在测控软件中的应用

针对测控领域中复用程度低和开发周期长的问题,提出在该领域软件进一步推广和使用设计模式的思路。分析当前测控软件在实际开发过程中遇到的突出症结,并结合具体工程实践描述在测控软件领域引入设计模式的作用和影响,以单态模式为例分析引入设计模式对软件体系架构造成的深刻改变和潜在风险,给出测控软件领域中运用设计模式的建议。通过分析不同应用场景表明,灵活运用设计模式能够解决航天测控软件中常见的突出问题。     

基于FSS-kernelBSS方法的机械故障诊断

机械设备发生故障时,故障特征的提取是很重要的.为了从观测信号中分离出不同的故障特征源信号,并根据分离信号准确地进行故障诊断,从观测信号样本出发,提出了基于有限支持样本核函数的盲源分离(FSS-kernel BSS)方法.此方法利用有限的观测样本估计信号的概率分布,得到了评价函数,具有很好的自适应能力.仿真试验结果表明:此方法能成功地分离超、亚高斯混合信号,与其他盲源分离方法相比,此方法具有更好的分离性能.将该方法用于转子不平衡和支座松动的复合故障信号的盲分离,分离出了各复合故障的主要频谱.分离结果表明:此方法应用于机械设备复合故障诊断中是可行的.     

基于小波神经网络的直升机主减速器故障诊断系统

应用离散小波变换(DWT)和神经网络相结合构建直升机主减速器速器故障诊断系统: DWT对振动信号进行特征提取,神经网络对故障进行辨识和分类。阐述了DWT、帕塞瓦尔定理和广义回归神经网络(GRNN)基本理论,提出了直升机主减速器的故障诊断系统流程图,最后用某型直升机飞行时主减速器上的振动数据对该系统进行验证。实验使用了BPNN(back-propagation neural network)和GRNN两种神经网络,结果表明:提出的故障诊断系统能对主减速器故障进行较好的辨识和分类,这将为直升机主减速器故障诊断系统的进一步开发提供新的技术参考。      

基于聚类的多平台协同数据关联算法研究

从多平台协同工作的角度出发,针对目标和传感器观测数据之间的关联问题进行了研究。给出了模糊聚类目标函数、FCM算法步骤和量测目标归属判定方法,基于此,提出了模糊C-均值聚类和量测目标归属判定算法,然后提出了基于聚类算法的多平台协同多目标数据关联算法。仿真实验结果表明,该算法数据关联正确率较高,能够提升跟踪精度。     

基于遗传算法的重定位容错方法的研究

随着网络成为人们获取信息的主要工具,人们对网络可靠性的要求也越来越高。针对网络中的结点出现故障而影响网络传输效率和可靠性问题,进行了基于遗传算法的重定位容错方法的研究。首先,描述了树型网络结构,根据网络组件的开销提出了网络代价目标函数。其次,阐述了遗传算法最小代价路径的搜索过程,提出了基于遗传算法的重定位容错方法。最后,通过仿真实验验证了重定位容错方法在路径搜索中的有效性。这样既缩短了路径搜索时间,又提高了网络传输信息的可靠性。     

国外航天软件故障原因分析

介绍了包括阿里安-5火箭、＂火星气候轨道器＂、＂火星极地着陆器＂在内的几个国外航天器和运载器发生的在轨故障,并从技术和管理方面分析了这些故障中与软件相关的原因。针对技术方面,分析了国外航天软件研制过程中在软件需求分析、软件复杂度、软件重用、软件安全性设计准则、质量保证及评审、系统安全性设计、测试及仿真环境缺陷等方面存在的问题;针对管理方面,分析了责任和权力划分、沟通渠道等方面存在的问题。文章最后给出了美国国家航空航天局专家针对这些问题提出的改进建议,提出了针对我国航天软件研制过程的启示和建议,如加强团队之间的沟通,提高评审效率。