基于分层传递系统模型的航天器故障诊断方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaFeb252013V01．34No2401．408ISSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．CRhkxb@buaa．edu．CR基于分层传递系统模型的航天器故障诊断方法金洋，王El新*，徐敏强哈尔滨工业大学深空探测基础研究中心，黑龙江哈尔滨150080摘要：针对传统的传递系统模型在航天器自主诊断系统中只能表示单一粒度诊断知识，知识表示的完备性差，导致诊断结果的分辨率不高，且诊断系统执行效率低的问题，提出了分层传递系统模型和诊断方法。为

2、了保证不同粒度诊断知识的完备性表示，将系统模型按不同粒度和结构关系进行分层。通过自顶向下的递归搜索，先监测系统异常，再匹配故障类型，逐层缩小搜索空间，最终找出故障候选集和故障的层次关系。同时为了减小计算规模，在诊断过程中引入了分离策略，降低实时诊断计算量。应用该方法建立了某卫星测控分系统模型并进行故障仿真，结果表明该方法可以增加模型知识表示的完备性，并能有效提高诊断效率和结果的分辨率。关键词：故障诊断；传递系统模型；多粒度模型；冲突候选；递归搜索；测控系统中图分类号：V474文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)02—0401-08随着深空探

3、测任务的不断发展，航天器自主管理与控制成为未来航天器的主要特性，自主故障诊断技术也将成为提高航天器在轨运行可靠性的重要手段，同时也对航天器自主故障诊断系统的完备性、准确性和诊断效率提出了更高的要求[1{]。对于航天器这种非常复杂的系统，基于定性模型的故障诊断方法得到了越来越多的重视。这种方法的特点是能够利用系统的深知识，并且知识表示灵活[3巧]，适用于解决诊断知识(如实际的故障数据和经验判据)难以获取的问题口]。基于传递系统模型(TransitionSystemMod—e1)的故障诊断方法是一种基于定性模型的故障诊断方法口’8]。传递系统模型以图论和命题表达

4、式的方式对系统的结构和功能等定性知识进行描述，具有便于扩展、模块化好、能够描述多故障模式等特点。同时，传递系统模型也是一种可交互的、动态的模型，可用于交互系统(ReactiveSys—tem)的建模[93。模型的可交互性体现在模型运行过程中，外界可以通过向模型发送命令或触发条件主动地改变模型的工作模式，包括正常模式之间和可修复的故障模式到正常模式之间的转换，每种工作模式都描述了系统或部件的一种工作状态(如参数的范围和变量之间的逻辑关系等)，是系统某一执行阶段的定性特征。模型的动态性由可交互性来保证，即模型的工作模式不是固定不变的，当条件满足或被触发时，可进行

5、转换。在国外，Williams和Nayak[71提出了基于传递系统模型的CBFS(Conflict—directedBestFirstSearch)算法，利用冲突指向的思想获取诊断解，Kurien和NayakL80提出的CoverTrack(ConflictCoverageTracking)算法在诊断效率上对其进行了改进，缩小了搜索空间，提升了诊断效率，并在EO-1等航天器的某些子系统上进行了实验Do-12]，收稿日期：2012—03—06；退修日期：2012·04—06；录用日期：2012-05-25；网络出版时间：2012．06-0815：58网络出版地

6、址：wwwcnki．net／koms／detail／111929．V．20120608．1558．006．htmI基金项目：国家“973”计划(201208720003)*通讯作者．Tel．：0451-86418320E-mail：wangrx@hit．edu．cn嘲用籀武

7、JinY．WangRX．XuMQ．AfaultdiagnosisapproachforspacecraftbasedOnhierarchicaltransitionsystemmodel．ActaAero—nauticaetAstronauticaSinica．2013．34(2)：40

8、1-408．金洋．IB新．徐敏强．基于分层传递系统模型昀虢天器故障诊断方法i航空学报．2013，34(2)：401-408．航空学报验证了该方法的有效性。但是在国内，针对基于传递系统模型故障诊断方法进行研究的文献不多。传统的传递系统模型存在的主要问题是能够描述的诊断知识的粒度口朝单一，对于部件功能复杂的系统，无法描述那些与系统结构和数据流无关的多粒度诊断知识(特别是航天器系统中大量存在的由状态字描述的非结构性约束，无法依据结构关系进行细分)，降低了知识表示的完备性，从而影响了诊断效率和结果的分辨率口“。针对此问题，一般的研究思路是利用传递系统模型进行结构性推

9、理，并通过专家系统进行非结构性知识的匹配。但这种方法