故障診斷論文：基于聚類分析的衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)故障診斷方法研究

1、 Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.故障診斷論文：基于聚類分析的衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)故障診斷方法研究【中文摘要】應(yīng)用于衛(wèi)星系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)是確保衛(wèi)星系統(tǒng)正常工作必不可少的一項關(guān)鍵技術(shù),它不僅讓衛(wèi)星系統(tǒng)具有智能化修復(fù)功能,而且其診斷經(jīng)驗可以優(yōu)化衛(wèi)星系統(tǒng)觀測點的分布。隨著衛(wèi)星系統(tǒng)越來越復(fù)雜與智能化,衛(wèi)星故障診斷的能力在未來衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展中變得突出重要,并不斷向更高水平發(fā)展?，F(xiàn)代衛(wèi)星系統(tǒng)的復(fù)雜化,使得基于模的故障診斷方法建模難度大、靈活性差,導(dǎo)致基于模型的方法很難取得較好的故障診斷結(jié)果。由于基于聚類分

2、析的故障診斷方法利用歷史數(shù)據(jù)進行建模,不需要實際的物理結(jié)構(gòu)模型,它能夠克服基于模型的診斷方法的缺點。本論文采用基于聚類分析的故障診斷方法,開發(fā)和利用衛(wèi)星監(jiān)控系統(tǒng)所采集的歷史數(shù)據(jù)。論文的研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面:首先,研究基于聚類分析的數(shù)據(jù)分布特征提取方法的特點,學(xué)習(xí)聚類分析的兩種算法,利用聚類算法分析擬合數(shù)據(jù)與異常數(shù)據(jù),設(shè)計擬合數(shù)據(jù)與異常數(shù)據(jù)的差值模型,初步建立基于聚類分析的故障診斷模型。其次,對標準的飛機控制系統(tǒng)模型進行數(shù)值仿真,獲取該模型的健康數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù),采用基于聚類分析的診斷方法進行故障診斷,依據(jù)診斷結(jié)果來完善該故障診斷模型的建模與診斷推理步驟。再次,結(jié)合衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),

3、對主要部件的數(shù)學(xué)模型做了詳細分析,并研究飛輪摩擦力矩對姿態(tài)角控制效果的影響。建立衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的外在干擾力與力矩的數(shù)學(xué)模型,針對系統(tǒng)的執(zhí)行部件與測量部件,設(shè)置了不同的故障模式并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。最后,根據(jù)衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)部件的幾種典型的故障模式,建立相應(yīng)的simulink仿真模型,設(shè)置衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)仿真參數(shù)與設(shè)定該系統(tǒng)的狀態(tài)觀測點,對這幾種仿真模型進行數(shù)值仿真模擬并采集系統(tǒng)的健康數(shù)據(jù)與故障數(shù)據(jù)。利用聚類分析的方法對該姿態(tài)控制系統(tǒng)進行故障診斷?！居⑽恼縏he Fauult Diaagnoosiss Teechnniquue (FDTT) aapplliedd too saatelll

4、itte ssysttemss iss a speeciaal ttechhniqque adoopteed tto eensuure thee prropeer ffuncctioons of thee syysteems. Itt caan nnot onlly rreallizee thhe iinteelliigennt rrepaairee, bbut thee diiagnnosiis eexpeerieencees ccan alsso ooptiimizze tthe obsservvatiion poiintss off thhe ssateelliite sysstemms

5、. Witth tthe devveloopinng ttenddenccy oof mmoree coompllex andd inntellliggentt off saatelllitte ssysttemss, FFDT plaays a mmoree immporrtannt rrolee annd iis ppushhed to reaach a hhighher levvel.Beccausse oof tthe commpleexitty oof tthe moddernn saatelllitte ssysttemss, tthe moddel-bassed FDTT, ww

6、hicch hhas a ccomppliccateed mmodeelinng pproccesss annd ppoorr fllexiibillityy, ccan nott allwayys oobtaain a ggoodd reesullt oof ffaullt ddiaggnossis; whhilee thhe cclussterr-annalyysiss-baasedd onn hiistoory proocesss ddataa FDDT (CBHHD-FFDT), wwhicch mmakees uuse of hisstorricaal ddataa annd ddo

7、ess noot nneedd thhe pphyssicaal sstruuctuure of sysstemms, cann ovverccomee thhosee shhortt coominngs. Thhereeforre, thee reeseaarchh inn thhis papper is usiing thee CBBHD-FDTT, aand expplorringg annd aappllyinng tthe hisstorricaal ddataa gaatheeredd byy thhe ssateelliite monniteerinng ssysttem. Th

8、he mmainn coonteent of thiis rreseearcch iis aas ffolllowss:Fiirsttly, thhe ccharractteriistiics of thee exxtraactiion metthodd innto thee daata disstruubutted feaaturres of CBHHD-FFDT aree taakenn innto deeep rreseearcch. Theen ttwo kinnds cluusteer aanallysiis aalgooritthmss arre sstuddiedd, uusin

9、ng wwhicch tthe exppectted fitttinng ddataa annd tthe acttuall abbnorrmall daata aree annalyyzedd, aa vaariaancee moodell iss buuiltt, aand thee innitiial CBHHD-FFDT moddel is esttabllishhed.Theen, thee nuumerricaal ssimuulattionn iss peerfoormeed oon aa sttanddardd aiircrraftt coontrrol sysstemm, f

10、fromm whhichh booth thee heealtthy andd faaultty ddataa arre oobtaaineed. Furrtheer, CBHHD-FFDT is appplieed tto ddiaggnosse tthiss syysteem, bassed on thee reesullts of whiich, thhe mmodeelinng pproccesss annd ddiaggnossis reaasonningg sttepss caan bbe iimprroveed.WWhatts mmoree, ccombbineed wwithh

11、 thhe aactuurall sttruccturre oof tthe sattelllitee atttittudee coontrroliing sysstemm, tthe matthemmatiicall moodells oof tthe maiin ccompponeentss arre aanallyzeed iin ddetaailss, wwithh thhe iinflluennce of thee fllywhheell frricttionn toorquue oon tthe atttituude anggle conntroolinng eeffeectss.

12、 TThe anaalytticaal mmodeels of thee exxterrnall diistuurbaancee foorcees aand torrquees lloaddingg onn thhe ssateelliite atttituude conntroolinng ssysttem aree esstabblisshedd. IIn aaddiitioon, in vieew oof sspeccifiic ooperratiing andd meeasuurinng ccompponeentss, tthe corrressponndinng mmathhemaa

13、ticcal moddelss arre sset undder diffferrentt faauluure moddes.Finnallly, bassed on sevveraal ttypiicall faailuure moddes of a ssateelliite atttituude conntroolinng ssysttem, affterr thhe pparaametterss off thhe ssimuulattionn moodells aand thee sttatee-obbserrvattionn poointts oof tthe sysstemm arr

14、e sset, thhe ssimuulattionn moodell iss too bee buuiltt inn SIIMULLINKK. FFromm thhe rrunnningg off thhe ssimuulattionn, bbothh heealtthy andd faaultty ddataa off thhe ssysttem cann bee gaatheeredd, aand CBHHD-FFDT is appplieed tto pperfformm thhe ffaullt ddiaggnossis of thiis cconttrollingg syystee

15、m.【關(guān)鍵詞】故障診斷 控制系統(tǒng)仿真 歷史數(shù)據(jù) 聚類分析【英文關(guān)鍵鍵詞】ffaullt ddiaggnossis simmulaatioon oof cconttrollingg syysteem hhisttoriicall daata cluusteer aanallysiis【目錄】基基于聚類類分析的的衛(wèi)星姿姿態(tài)控制制系統(tǒng)故故障診斷斷方法研研究 摘要要 44-5 ABBSTRRACTT 55 第第1章 緒論 8-20 1.1 課課題背景景和意義義 88-9 1.2 故故障診斷斷技術(shù)國國內(nèi)外進進展 9-117 1.22.1 基于定定性模型型的故障障診斷方方法 10-12 1.2.22 基于

16、于定量模模型的故故障診斷斷方法 122-133 11.2.3 基基于歷史史數(shù)據(jù)的的故障診診斷方法法 113-114 1.22.4 基于歷歷史數(shù)據(jù)據(jù)的定量量模型故故障診斷斷方法 144-177 11.3 發(fā)展趨趨勢 17-18 1.4 本本文工作作總結(jié) 188-200 第第2章 基于聚聚類分析析的故障障診斷方方法 20-33 2.1 引引言 20 2.2 聚聚類算法法的選取取標準 200-222 22.2.1 聚聚類算法法可行性性 221 2.22.2 聚類質(zhì)質(zhì)量評估估 221-222 2.33 聚類類分析的的數(shù)據(jù)結(jié)結(jié)構(gòu)和數(shù)數(shù)據(jù)類型型 222-224 2.33.1 聚類分分析的數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu) 22

17、2-223 2.33.2 聚類分分析的數(shù)數(shù)據(jù)類型型 223-224 2.44 聚類類算法模模型建立立 224-226 2.44.1 基于劃劃分的方方法 24-25 2.4.22 基于于密度的的方法 255 22.4.3 兩兩種方法法的比較較 225-226 2.55 建立立基于聚聚類分析析的故障障診斷模模型 26-32 2.5.11 健康康狀態(tài)的的聚類學(xué)學(xué)習(xí) 28-30 2.5.22 系統(tǒng)統(tǒng)異常狀狀態(tài)監(jiān)測測 330-332 2.66 本章章小結(jié) 322-333 第第3章 基于聚聚類分析析的控制制系統(tǒng)故故障診斷斷 333-446 3.11 引言言 333 3.22 數(shù)據(jù)據(jù)矢量的的屬性對對異常檢檢

18、測結(jié)果果的影響響 333-440 3.22.1 輸入為為常值時時 334-336 3.22.2 輸入為為正弦波波時 36-38 3.2.33 輸入入為方波波時 38-40 3.3 健健康數(shù)據(jù)據(jù)的選擇擇對故障障檢測結(jié)結(jié)果的影影響 40-43 3.3.11 輸入入為常值值 440-441 3.33.2 輸入為為方波 411-422 33.3.3 輸輸入為正正弦波 422-433 33.4 基于聚聚類算法法的復(fù)合合故障檢檢測 43-44 3.5 本本章小結(jié)結(jié) 444-446 第4章章 衛(wèi)星星姿態(tài)控控制系統(tǒng)統(tǒng)仿真模模型的建建立 46-57 4.1 引引言 46 4.2 數(shù)數(shù)學(xué)模型型 446-555 4.22.1 衛(wèi)星姿姿態(tài)控制制系統(tǒng)的的數(shù)學(xué)模模型 46-53 4.2.22 空間間環(huán)境力力與力矩矩 553-555 4.33 控制制系統(tǒng)的的故障建建模 55-56 4.4