[发明专利]一种基于零空间的CMG群故障诊断方法和系统

权利要求书

1.一种基于零空间的CMG群故障诊断方法，其特征在于，包括步骤如下：

步骤一、根据CMG框架角测量值，构建故障诊断零空间；

步骤二、根据CMG框架角速度测量值，构建故障诊断残差，判断CMG是否发生故障；

步骤三、判断残差与零空间中各向量的夹角余弦A_Cos,i，进行单故障情况下的故障定位；当A_Cos,i满足A_Cos,iA_Cos,th时，则认为第i个CMG发生故障，否则执行步骤四；i＝1,2,…,N，A_Cos,th为设定的阈值；

步骤四、通过分组判断，进行多故障情况下的故障定位与验证；

步骤一中，根据下式计算故障诊断零空间V：

V＝I_N×N-Jacob^T(Jacob·Jacob^T)^-1Jacob，

其中，Jacob＝A_CMGcosδ_CMG-B_CMGsinδ_CMG，cosδ_CMG＝diag{cosδ_CMG1 … cosδ_CMGN}，sinδ_CMG＝diag{sinδ_CMG1 … sinδ_CMGN}，δ_CMG＝[δ_CMG1,…,δ_CMGN]^T为CMG的框架角测量值；A_CMG为所有CMG的框架角为90度时，CMG角动量单位矢量方向在卫星本体的矩阵；B_CMG为所有CMG的框架角为0度时，CMG角动量单位矢量方向在卫星本体的矩阵；N表示CMG个数；diag{sinδ_CMG1 … sinδ_CMGN}表示以sinδ_CMG1 … sinδ_CMGN为对角线元素的对角阵；diag{cosδ_CMG1 … cosδ_CMGN}表示以cosδ_CMG1 … cosδ_CMGN为对角线元素的对角阵；

步骤二中，根据下式计算故障诊断残差R_e：

R_e＝Vy；

其中，y∈R^N为CMG的框架角速度测量值；

CMG是否发生故障的判断条件为：当R_e满足R_eR_th时，则认为CMG发生故障；R_th为设定的阈值；

步骤三中，当步骤二判断有故障发生后，对于V中的每个列向量V_i，逐个执行下列操作：

其中，dot()表示点乘运算，norm()表示求模运算；

步骤四的具体方法为：

从CMG群中删除任意n个CMG，n＝2,3,...,N-4，重复步骤二，若无故障发生，则删除的n个CMG即为发生故障CMG，否则，n＝n+1，重复执行步骤四；当N-n4时，仍然没有找到故障CMG，则方法结束。

2.一种基于零空间的CMG群故障诊断系统，其特征在于，包括：

第一模块、用于根据CMG框架角测量值，构建故障诊断零空间；

第二模块、用于根据CMG框架角速度测量值，构建故障诊断残差，判断CMG是否发生故障；

第三模块、用于判断残差与零空间中各向量的夹角余弦A_Cos,i，进行单故障情况下的故障定位；当A_Cos,i满足A_Cos,iA_Cos,th时，则认为第i个CMG发生故障，否则，通过分组判断，进行多故障情况下的故障定位与验证；

i＝1,2,…,N，A_Cos,th为设定的阈值；

故障诊断零空间V：

V＝I_N×N-Jacob^T(Jacob·Jacob^T)^-1Jacob，

其中，Jacob＝A_CMGcosδ_CMG-B_CMGsinδ_CMG，cosδ_CMG＝diag{cosδ_CMG1 … cosδ_CMGN}，sinδ_CMG＝diag{sinδ_CMG1 … sinδ_CMGN}，δ_CMG＝[δ_CMG1,…,δ_CMGN]^T为CMG的框架角测量值；A_CMG为所有CMG的框架角为90度时，CMG角动量单位矢量方向在卫星本体的矩阵；B_CMG为所有CMG的框架角为0度时，CMG角动量单位矢量方向在卫星本体的矩阵；N表示CMG个数；diag{sinδ_CMG1 … sinδ_CMGN}表示以sinδ_CMG1 … sinδ_CMGN为对角线元素的对角阵；diag{cosδ_CMG1 … cosδ_CMGN}表示以cosδ_CMG1 … cosδ_CMGN为对角线元素的对角阵；

故障诊断残差R_e：

R_e＝Vy；

其中，y∈R^N为CMG的框架角速度测量值；

CMG是否发生故障的判断条件为：当R_e满足R_eR_th时，则认为CMG发生故障；R_th为设定的阈值；

对于V中的每个列向量V_i：

其中，dot()表示点乘运算，norm()表示求模运算；

第三模块中，通过分组判断，进行多故障情况下的故障定位与验证的具体方法为：

从CMG群中删除任意n个CMG，根据CMG框架角速度测量值，构建故障诊断残差，判断CMG是否发生故障，若无故障发生，则删除的n个CMG即为发生故障CMG，否则，n＝n+1，重复进行分组判断；当N-n4时，仍然没有找到故障CMG，则方法结束；

n＝2,3,...,N-4。