[发明专利]一种大功率磁等离子体电推进系统的故障诊断方法

说明书

本发明提出一种大功率磁等离子体电推进系统的故障诊断方法，属于故障诊断领域，具体为：首先，建立大功率磁等离子体推进器仿真模型，运行之后得到无故障状态的数据；然后，设置故障因子并添加到大功率磁等离子体推进器仿真模型，组成故障仿真模拟器，并采集故障状态的数据；搭建级联前馈神经网络，并利用无故障数据和故障数据进行监督学习训练；最后，利用故障仿真模拟器将故障数据作为测试信号状态量输入到训练好的神经网络中，统计神经网络的输出结果，并与真实的故障状态进行对比，统计准确率；本发明具有诊断准确率高，适应性强的特点。

技术领域

本发明属于故障诊断领域，涉及一种大功率磁等离子体电推进系统的故障诊断方法。

背景技术

随着航天事业的不断进步，各国纷纷开始把目光放到火星、土星等太阳系其他行星，并且不断发展载人航天技术；深空探测和载人航天逐渐成为被重点关注的对象。

大功率电推进技术具有大推力、高比冲、长时间可控工作等特点，是执行大型空间任务的优选。磁等离子体动力推力器(MPDT，Magneto Plasma Dynamic Thrusters)属于电推进家族中的电磁推进，其通过大电流的高温电弧电离推进剂并注入能量，利用磁场和电流相互作用的洛伦兹力来加速等离子体而产生推力。大功率MPD电推进系统的比冲更高，并且能够提供较大推力以完成深空探测等复杂任务，是未来空间探测的主要推力器，如文献1：Voronov A S,Troitskiy A A,Egorov I D,et al.Magnetoplasmadynamic thrusterwith an applied field based on the second generation high-temperaturesuperconductors[C]//Journal of Physics:Conference Series.IOP Publishing,2020,1686(1):012023.。

但是目前大功率MPD的发展还存在很大的限制，比如Onset现象引起的电极烧蚀、阳极的功率沉降，还有推进剂影响的一些限制，导致工作期间系统容易出现故障，如果电推进系统故障未被及时发现和修复，那么故障可能会污染其他系统，甚至会导致任务失败。因此，开发一种大功率MPD电推进系统故障诊断方法具有重要意义。

当下针对故障诊断的方法主要分为三个方向：基于解析模型的方法、基于知识的方法和基于数据驱动的方法。如线性离散时变系统基于模型的故障诊断方法，如文献2：Zhong M,Xue T,Ding S X.A survey on model-based fault diagnosis for lineardiscrete time-varying systems[J].Neurocomputing,2018,306:51-60。基于专家知识的故障诊断问题，将经验知识与机理原理相结合解决各种故障问题，如文献3：Xu S.A surveyof knowledge-based intelligent fault diagnosis techniques[C]//Journal ofPhysics:Conference Series.IOP Publishing,2019,1187(3):032006。对于数据驱动故障诊断方法，根据压缩感知和改进多尺度网络对机械故障进行识别和分类，如文献4：Hu Z X,Wang Y,Ge M F,et al.Data-driven fault diagnosis method based on compressedsensing and improved multiscale network[J].IEEE Transactions on IndustrialElectronics,2019,67(4):3216-3225。