故障诊断论文：基于聚类分析的卫星姿态控制系统故障诊断方法研究.docx

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1、 Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.故障诊断论文：基于聚类分析的卫星姿态控制系统故障诊断方法研究【中文摘要】应用于卫星系统的故障诊断技术是确保卫星系统正常工作必不可少的一项关键技术,它不仅让卫星系统具有智能化修复功能,而且其诊断经验可以优化卫星系统观测点的分布。随着卫星系统越来越复杂与智能化,卫星故障诊断的能力在未来卫星技术发展中变得突出重要,并不断向更高水平发展。现代卫星系统的复杂化,使得基于模的故障诊断方法建模难度大、灵活性差,导致基于模型的方法很难取得较好的故障诊断结果。由于基于聚类分

2、析的故障诊断方法利用历史数据进行建模,不需要实际的物理结构模型,它能够克服基于模型的诊断方法的缺点。本论文采用基于聚类分析的故障诊断方法,开发和利用卫星监控系统所采集的历史数据。论文的研究内容主要包括以下几个方面:首先,研究基于聚类分析的数据分布特征提取方法的特点,学习聚类分析的两种算法,利用聚类算法分析拟合数据与异常数据,设计拟合数据与异常数据的差值模型,初步建立基于聚类分析的故障诊断模型。其次,对标准的飞机控制系统模型进行数值仿真,获取该模型的健康数据和故障数据,采用基于聚类分析的诊断方法进行故障诊断,依据诊断结果来完善该故障诊断模型的建模与诊断推理步骤。再次,结合卫星姿态控制系统的结构,

3、对主要部件的数学模型做了详细分析,并研究飞轮摩擦力矩对姿态角控制效果的影响。建立卫星姿态控制系统的外在干扰力与力矩的数学模型,针对系统的执行部件与测量部件,设置了不同的故障模式并建立相应的数学模型。最后,根据卫星姿态控制系统部件的几种典型的故障模式,建立相应的simulink仿真模型,设置卫星姿态控制系统仿真参数与设定该系统的状态观测点,对这几种仿真模型进行数值仿真模拟并采集系统的健康数据与故障数据。利用聚类分析的方法对该姿态控制系统进行故障诊断。【英文摘要要】The 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.【关键词】故障诊断 控制系统仿真 历史数据 聚类分析【英文关键键词】ffaullt ddiaggnossis simmulaatioon oof cconttrollingg syysteem hhisttoriicall daata cluusteer aanallysiis【目录】基基于聚类类分析的的卫星姿姿态控制制系统故故障诊断断方法研研究 摘要要 44-5 ABBSTRRACTT 55 第第1章 绪论 8-20 1.1 课课题背景景和意义义 88-9 1.2 故故障诊断断技术国国内外进进展 9-117 1.22.1 基于定定性模型型的故障障诊断方方法 10-12 1.2.22 基于

16、于定量模模型的故故障诊断断方法 122-133 11.2.3 基基于历史史数据的的故障诊诊断方法法 113-114 1.22.4 基于历历史数据据的定量量模型故故障诊断断方法 144-177 11.3 发展趋趋势 17-18 1.4 本本文工作作总结 188-200 第第2章 基于聚聚类分析析的故障障诊断方方法 20-33 2.1 引引言 20 2.2 聚聚类算法法的选取取标准 200-222 22.2.1 聚聚类算法法可行性性 221 2.22.2 聚类质质量评估估 221-222 2.33 聚类类分析的的数据结结构和数数据类型型 222-224 2.33.1 聚类分分析的数数据结构构 22

17、2-223 2.33.2 聚类分分析的数数据类型型 223-224 2.44 聚类类算法模模型建立立 224-226 2.44.1 基于划划分的方方法 24-25 2.4.22 基于于密度的的方法 255 22.4.3 两两种方法法的比较较 225-226 2.55 建立立基于聚聚类分析析的故障障诊断模模型 26-32 2.5.11 健康康状态的的聚类学学习 28-30 2.5.22 系统统异常状状态监测测 330-332 2.66 本章章小结 322-333 第第3章 基于聚聚类分析析的控制制系统故故障诊断断 333-446 3.11 引言言 333 3.22 数据据矢量的的属性对对异常检检

18、测结果果的影响响 333-440 3.22.1 输入为为常值时时 334-336 3.22.2 输入为为正弦波波时 36-38 3.2.33 输入入为方波波时 38-40 3.3 健健康数据据的选择择对故障障检测结结果的影影响 40-43 3.3.11 输入入为常值值 440-441 3.33.2 输入为为方波 411-422 33.3.3 输输入为正正弦波 422-433 33.4 基于聚聚类算法法的复合合故障检检测 43-44 3.5 本本章小结结 444-446 第4章章 卫星星姿态控控制系统统仿真模模型的建建立 46-57 4.1 引引言 46 4.2 数数学模型型 446-555 4

19、.22.1 卫星姿姿态控制制系统的的数学模模型 46-53 4.2.22 空间间环境力力与力矩矩 553-555 4.33 控制制系统的的故障建建模 55-56 4.4 本本章小结结 556-557 第5章章 卫星星控制系系统的故故障诊断断 557-665 5.11 引言言 557 5.22 卫星星姿态控控制系统统的数值值模拟 577-644 55.2.1 系系统仿真真模型 577-588 55.2.2 系系统仿真真参数 588 55.2.3 系系统健康康状态学学习 58-59 5.2.44 故障障分类与与建模 599-600 55.2.5 基基于聚类类算法的的故障检检测 60-62 5.2.66 测量量部件的的故障检检测 62-64 5.3 本本章小结结 664-665 结论 655-666 参参考文献献 666-770 致谢 700