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空间推进系统故障诊断与自主管理技术研究

作　者: 彭小辉
导　师: 刘洪刚；吴建军
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 航空宇航科学与技术
关键词: 航天器推进系统 故障检测和隔离 智能配置和重构 SVDD 解析冗余关系 约束可满足问题
分类号: V467
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本文针对发展未来航天器自主管理技术的需求,以某大型双组元挤压式空间推进系统为研究对象,围绕着空间推进系统的故障检测、诊断定位技术、自主配置与重构技术的实现等问题,开展了较深入、细致的工作。研究了空间推进系统基于支持向量描述的故障检测方法。通过分析SVDD模型参数对检测结果的影响,给出了确定这些参数的一般方法,文中引入遗传算法对支持向量数据描述的核参数及误差惩罚参数C进行优化选择,克服了核函数参数的选取尚无理论指导的缺陷;通过引入阈值比例缩放系数? ,人为的控制模型边界,有效克服了训练样本的不完备性;通过运用改进核函数的方法,更有效地将两类不同的模式区分开,从而能够有效的提高识别率,降低误报警率;考虑到两种不同误判可能造成不同损失的特点,通过基于等损失确定SVDD模型的边界,使分类面承受的风险最小。通过对历史试车数据的验证分析,验证了SVDD检测方法的有效性。研究了空间推进系统利用诊断键合图模型(DBG)建立解析冗余关系(ARRs)的故障隔离方法。利用诊断键合图模型构建推进系统的解析冗余关系,通过解析冗余关系残差的趋势分析建立系统故障特征矩阵,改进的故障特征含有表示残差变化方向的特征值,使故障特征值能更好地反映故障特征,提高故障隔离的准确性。通过系统实际观测特征与故障特征的比较进行系统的故障隔离。从特征矩阵可看出,基于诊断键合图建立的解析冗余关系的隔离方法是有效的。为了满足可靠性要求,空间推进系统设计了冗余备份系统。为此,第五章介绍了功能冗余备份系统的智能配置与重构。以某推进系统为例,通过运用二进制编码方法,将系统的组件功能、转换模式、连接拓扑结构模型描述编码为约束可满足问题,有效降低了编码的复杂度;设计了基于DPLL算法的推理机,推理机采用划分功能模块的方法进行分层配置,加快了系统配置的速度。从程序运行结果看,它能在有限的时间内找到配置方案。

全文目录


摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
第一章 绪论  12-20
  1.1 问题的提出与意义  12-13
  1.2 故障检测、诊断与重构方法及其在航天领域的应用  13-19
    1.2.1 故障检测、诊断与重构方法概述  13-16
    1.2.2 在航天领域的应用  16-19
  1.3 研究对象和内容  19-20
第二章 空间推进系统基于支持向量数据描述的故障检测  20-43
  2.1 引言  20
  2.2 支持向量数据描述的理论基础  20-23
  2.3 基于支持向量数据描述检测方法的实现  23-28
    2.3.1 数据样本处理  23-24
    2.3.2 基于支持向量数据描述算法的模型选择  24-28
  2.4 基于SVDD的空间推进系统检测实例分析  28-41
    2.4.1 阈值缩放系数? 的调节  29-31
    2.4.2 训练算法的改进  31-38
    2.4.3 基于等损失的SVDD模型边界的讨论  38-41
  2.5 小结  41-43
第三章 空间推进系统基于解析冗余关系的故障诊断方法  43-59
  3.1 引言  43-44
  3.2 解析冗余关系方法的基础  44-49
    3.2.1 系统模型  45-46
    3.2.2 故障诊断问题  46-47
    3.2.3 特征矩阵  47
    3.2.4 故障诊断  47-48
    3.2.5 利用趋势分析进一步隔离故障  48-49
  3.3 建立空间推进系统的解析冗余关系  49-57
    3.3.1 空间推进系统诊断键合图的建立  50-52
    3.3.2 推进系统解析冗余关系的建立  52-56
    3.3.3 空间推进系统故障特征矩阵的产生  56-57
  3.4 小结  57-59
第四章 空间推进系统基于约束可满足问题的智能配置与重构  59-76
  4.1 引言  59
  4.2 空间推进系统的冗余设计  59-61
  4.3 基于模型的智能配置和重构  61-74
    4.3.1 配置和重构的基本过程  61-63
    4.3.2 空间推进系统的模型描述  63-70
    4.3.3 空间推进系统智能配置与重构方案的推理机制  70-74
  4.4 基于示例推进系统的配置与重构的验证  74-75
  4.5 小结  75-76
第五章 结束语  76-78
  5.1 研究工作总结及结论  76
  5.2 下一步工作与展望  76-78
致谢  78-79
参考文献  79-84
作者在学期间取得的学术成果  84

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 制造工艺 > 航天器的维护与修理
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