基于模型的航天器推进系统故障诊断

第２１卷第３期燃气涡轮试验与研究Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．３Ａｕｇ．，２００８

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２００８年８月ＧａｓＴｕｒｂｉｎｅＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈ

摘要：本文设计了基于模型的推进系统的故障诊断系统。根据推进系统的结构和行为模型，分析出各组件所处的工

作状态及组件之间的连接关系，利用ＪＭＰＬ建模语言建立了推进系统各组件的定性模型。把推进系统模型和系统场景诊断结果表明，建立的推进系统模型是准确可靠的，开发的诊文件输入给诊断推理引擎，可实现推进系统的实时诊断。断系统能有效地找出故障组件并确定故障组件的状态。关键词：基于模型；推进系统；故障诊断中图分类号：Ｖ４３０

文献标识码：Ａ

文章编号：１６７２－２６２０（２００８）０３－００４７－０３

Ｍｏｄｅｌ－ｂａｓｅｄＦａｕｌｔＤｉａｇｎｏｓｉｓＳｙｓｔｅｍｆｏｒＳｐａｃｅｃｒａｆｔ

ＰｒｏｐｕｌｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍ

ＳＨＡＯＪｉ－ｙｅ，ＸＵＭｉｎ－ｑｉａｎｇ，ＷＡＮＧＲｉ－ｘｉｎ

（ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｉｇｎｅｄａｍｏｄｅｌ－ｂａｓｅｄｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｓｙｓｔｅｍｆｏｒｓｐａｃｅｃｒａｆｔｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄｂｅｈａｖｉｏｒｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｓｔａｔｅｓｏｆｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｎｄｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．Ｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎｓｙｓ－ｔｅｍｗａｓｂｕｉｌｔｗｉｔｈＪＭＰＬｍｏｄｅｌｌａｎｇｕａｇｅ．Ｔｈｅｒｅａｓｏｎｉｎｇｅｎｇｉｎｅｔｏｏｋｔｈｅｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｒｅａｌｔｉｍｅｓｃｅｎａｒｉｏｓａｓｉｎｐｕｔｓ，ｔｈｅｎｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｄｉａｇｎｏｓｉｓｏｆｔｈｅｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｃｏｕｌｄｂｅａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｗａｓａｃｃｕｒａｔｅａｎｄｔｈｅｄｉａｇｎｏｓｉｓｓｙｓｔｅｍｄｅｖｅｌｏｐｅｄｃｏｕｌｄｉｄｅｎｔｉｆｙｔｈｅｆａｕｌｔｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｍｏｄｅｏｆｔｈｅｆａｕｌｔｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｄｅｌ－ｂａｓｅｄ；ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ；ｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓ

１引言

由于航天器推进系统非常复杂，在系统的设计、制造和安装过程中很难保证万无一失，这样，故障诊断便成为提高其可靠性的一个重要手段，国内外在这方面做了很多工作［１，２］。自从Ｒｅｉｔｅｒ［３］提出基于模型的诊断理论以来，基于模型的诊断方法已成为故障诊断研究中的热点问题。Ｋｌｅｅｒ［４］进一步深化了这种思想，提出了基于一致性的诊断方法。而Ｌｕｃａｓ［５］则把贝叶斯网络引入到基于模型的诊断中，以解决组件之间的耦合关系。最有代表性的是ＮＡＳＡ的ＤＳ－１中采用的ｌｉｖｉｎｇｓｔｏｎｅ［６，７］系统，它是一个基于模型的系统，与自主规划器和执行器相结合，可实现系统的在线自主诊断和重配置。

收稿日期：２００８－０４－１０；修回日期：２００８－０７－０１

国内对基于模型的诊断方法也做了一些研究［８，９］，但大多都基于系统的定量模型和数学模型，利用系统的结构和行为建立定性模型的方法很少。本文在ｌｉｖｉｎｇｓｔｏｎｅ推理引擎的基础上，根据推进系统的定性模型，开发了一个航天器推进系统的基于模型的故障诊断系统。本文以组件化建模方式，利用ＪＭＰＬ建模语言建立了推进系统各组件的定性模型；结合实时测点数据生成的场景，经诊断推理引擎，实现了推进系统的监测和诊断。

２模型诊断介绍

在基于模型的诊断中，利用系统的内部结构、行

作者简介：邵继业（１９８０－），男，江苏泗阳人，博士研究生，研究方向为智能故障诊断。