[发明专利]一种航天器健康状态评估方法

说明书

技术领域

本发明属于航天测量与控制领域，具体涉及一种针对航天器健康状态的评估方法。

背景技术

健康状态评估是确保航天器安全稳定工作的关键技术之一。完整的健康状态评估主要包括状态监测、状态确定、状态分级、状态预测等内容。需要通过研究航天器数据信息，确定航天器的实时工作状态。航天器健康状态还与航天器系统的内部结构特征密切相关，需要将系统按其结构分层并综合评估各层次的健康状态。

将航天器按照结构分为多个层次，如最底层的功能部件、能够独立工作的分系统、由分系统配合工作得到的整体系统。这些层次是一种递阶关系，下一级对象集合组成上一级对象，顶层对象的状态取决于低层对象的工作方式和状态。为评价上一层级的健康状态，一般需要评价其下一层级对象的健康状态。评估时，需要对评估对象设定评价指标以确定评估对象的状态，例如在部件级可设定状态特征量，即表征部件健康状态的物理量如电压、电流、温度、转速，作为评价指标，如偏离正常状态的程度、发生异常或故障的可能性、剩余寿命。这些指标也适用于对上一层级的对象，此时就需要根据系统结构，将下一层级对象的健康状态指标向上“综合”，得到上一层级对象的健康状态。

目前常用的健康评估方法主要有层次分析法、贝叶斯、神经网络等方法，对于航天器健康评估的实际应用中，这些方法都存在各自的缺点，层次分析法参数的选择量化以及权值的确定受主观因素影响太大，贝叶斯方法需要知道航天器内在的关联关系，对分系统以及整星级评估模型关系错综复杂，计算量大，适用性很差，而基于神经网络的评估方法需要建立在大量的训练数据基础上，并进行不断的反馈迭代更新才可能获得相对准确的结果，存在收敛速度慢，无法满足实时评估需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种航天器健康状态评估方法，通过指标项确定、权值系数确定、指标项达标系数测试、健康指数计算四个步骤处理，从航天器实测数据、历史信息、故障信息中获取航天器的健康状态评估结果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

(1)选取评估对象的测量参数、功能性能项作为指标集合，并将会导致评估对象无法运行或功能丧失的指标作为核心指标，指标集合中的其余指标作为常规指标；

(2)确定每一常规指标权值系数α_i＝V_c×v_r，其中，V_c为类别常数，

v_r为冗余系数，v_r＝n_o/n_u，n_u≠0，当描述的对象为部件时，n_o指需要在线工作的同种部件个数，n_u指可用的同种部件个数；当描述的对象为参数时，n_o指确定测量数据数值需要的测点个数，n_u指确定测量数据数值可用的测点个数；

(3)对每一指标项的达标系数进行测试确定；

当常规指标项为某一测量参数或可用参数表征的性能项时，指标项达标系数式中，x_t表示t时刻指标项数值，表示指标项正常值上限，x表示指标项正常值下限，和为退化模型的形状调节系数，Δλ为精度控制系数，取值为0.00001～0.001，为上边界宽度控制系数，N₁为上边界宽度控制倍率，取0.5～2，为下边界宽度控制系数，N₂为下边界宽度控制倍率，取0.5～2；

当常规指标项为某一功能项时，指标项达标系数

当核心指标项为某一测量参数或可用参数表征的性能项时，指标项达标系数

当核心指标项为某一功能项时，指标项达标系数

(4)采用健康指数E表示评估对象的健康状态，

式中，A为常规指标权值系数之和，N为常规指标个数；M为核心指标个数。