一種基于偏最小二乘算法的推進系統(tǒng)故障診斷方法
【專利摘要】一種基于偏最小二乘算法的推進系統(tǒng)故障診斷方法，屬于過程監(jiān)控【技術(shù)領(lǐng)域】。所述方法具體步驟如下：步驟一、利用推進系統(tǒng)的樣本數(shù)據(jù)構(gòu)建PLS數(shù)學(xué)模型；步驟二、利用平方預(yù)測誤差統(tǒng)計量監(jiān)測過程數(shù)據(jù)；步驟三、檢測到故障后結(jié)合關(guān)聯(lián)故障檢測因數(shù)診斷出故障位置。本發(fā)明提出的PLS監(jiān)控和診斷方法僅利用數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立簡潔的數(shù)學(xué)模型，可以減少計算量，提高檢測速度，能夠很好地應(yīng)用于推進系統(tǒng)的過程監(jiān)控及故障診斷。本發(fā)明對于采用PLS算法建立模型，克服了過程量共線性影響，采用計算快速的SPE統(tǒng)計量并結(jié)合所提出的關(guān)聯(lián)故障檢測因數(shù)，簡化了監(jiān)測過程，并能較好地完成診斷任務(wù)。
【專利說明】一種基于偏最小二乘算法的推進系統(tǒng)故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于過程監(jiān)控【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于偏最小二乘算法的推進系統(tǒng)故障診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]航天器推進系統(tǒng)是指為衛(wèi)星、載人飛船、空間站、深空探測器等提供控制力、控制力矩和小推力的系統(tǒng)，用于完成末速修正、姿態(tài)控制、軌道機動、軌道修正、交會對接、推進劑管理等任務(wù)。推進系統(tǒng)是航天器上最為關(guān)鍵的分系統(tǒng)之一，一旦發(fā)生故障，將對航天器任務(wù)的完成產(chǎn)生致命的影響。2010年8月20日，美國AEHF-1衛(wèi)星發(fā)射后出現(xiàn)發(fā)動機故障，導(dǎo)致該衛(wèi)星沒有達到指定軌道；2010年12月06日，火箭推進系統(tǒng)工作故障是導(dǎo)致俄羅斯的3顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星“格洛納斯-M”發(fā)射失敗的原因。
[0003]伴隨著航天器空間應(yīng)用的迅速發(fā)展，尤其是載人航天器、大型通信衛(wèi)星、深空探測器等對高可靠性、長壽命日益增長的需求，對航天器推進系統(tǒng)的性能和可靠性的要求也日益提高。研究航天器推進系統(tǒng)故障診斷技術(shù)，是發(fā)展系統(tǒng)重構(gòu)和自主管理技術(shù)的基礎(chǔ)，對提高我國航天器推進系統(tǒng)的可靠性和安全性，保證空間任務(wù)順利完成具有重要意義；同時，該技術(shù)作為地面試驗故障診斷的手段，還可以保證地面試驗的安全性，具有重要的現(xiàn)實意義和工程價值。
[0004]故障診斷技術(shù)發(fā)展至今，學(xué)者們已提出了大量的研究方法。傳統(tǒng)的分類思想一般將故障診斷方法劃分為基于數(shù)學(xué)模型的方法、基于知識的方法和基于信號處理的方法三大類。然而近年來隨著理論研究的深入和相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，各種新的診斷方法層出不窮，傳統(tǒng)的分類方法已經(jīng)不再適用.全新角度對現(xiàn)有的故障診斷方法進行了重新分類，將其整體上分為定性分析的方法和定量分析的方法兩大類。其中，定量分析方法又分為基于解析模型的方法和數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法，后者又進一步包括多元統(tǒng)計分析類方法、信號處理類方法、信息融合類方法等。其中，基于多元統(tǒng)計分析的故障診斷方法不需要對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理有深入的了解，完全基于系統(tǒng)運行過程中傳感器的測量數(shù)據(jù)，而且算法簡單，易于實現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種基于偏最小二乘算法的推進系統(tǒng)故障診斷方法——PLS算法在選取特征向量時強調(diào)輸入對輸出的解釋預(yù)測作用，去除了對回歸無益的噪聲，因此所建數(shù)學(xué)模型具有更好的魯棒性和預(yù)測穩(wěn)定性；由于PLS方法能夠有效地解決共線性問題，非常適用于過程變量較多而且耦合嚴(yán)重的工業(yè)過程建模。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
首先對推進系統(tǒng)的系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)利用PLS方法構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，然后利用平方預(yù)測誤差(Square Prediction Error, SPE)統(tǒng)計量對過程數(shù)據(jù)進行監(jiān)測,檢測到故障后結(jié)合所提出的關(guān)聯(lián)故障檢測因數(shù)診斷出故障位置。如圖1所示，具體步驟如下:
步驟一、利用推進系統(tǒng)的樣本數(shù)據(jù)構(gòu)建PLS數(shù)學(xué)模型:推進系統(tǒng)的樣本數(shù)據(jù)來源于推進系統(tǒng)的實際運行或仿真運行數(shù)據(jù)。 [0007] 首先對原始輸入)*== r!xm，y° #= ’ r 表示實 數(shù)，/為樣本數(shù)據(jù)采樣點個數(shù)，mi為每一采樣點輸入變量個數(shù)，即減去各自的均值并除以
各自的標(biāo)準(zhǔn)差后得到本發(fā)明方法所使用的樣本數(shù)據(jù)，記為輸入變量：和輸出變量y'然 后利用樣本數(shù)據(jù)建立初步的PLS模型：:^和原始輸出變量進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，其中
【權(quán)利要求】
1.一種基于偏最小二乘算法的推進系統(tǒng)故障診斷方法，其特征在于所述方法具體步驟如下: 步驟一、利用推進系統(tǒng)的樣本數(shù)據(jù)構(gòu)建PLS數(shù)學(xué)模型； 步驟二、利用平方預(yù)測誤差統(tǒng)計量監(jiān)測過程數(shù)據(jù)； 步驟三、檢測到故障后結(jié)合關(guān)聯(lián)故障檢測因數(shù)診斷出故障位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于偏最小二乘算法的推進系統(tǒng)故障診斷方法，其特征在于所述步驟一的具體步驟如下: 首先，對原始輸入變量?!和原始輸出變量】H3進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，其中α.β er >J0 e Rixii，R表示實數(shù)，/為樣本數(shù)據(jù)采樣點個數(shù)，m為每一采樣點輸入變量個數(shù),即減去各自的均值并除以各自的標(biāo)準(zhǔn)差后得到本方法所使用的樣本數(shù)據(jù)，記為輸入變量和輸出變量; 然后，利用樣本數(shù)據(jù)建立初步的PLS模型:

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于偏最小二乘算法的推進系統(tǒng)故障診斷方法，其特征在于所述PLS模型求解的具體步驟如下: ?)令
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于偏最小二乘算法的推進系統(tǒng)故障診斷方法，其特征在于所述步驟二，利用步驟一得到的PLS模型參數(shù)，對于運行的過程數(shù)據(jù)，采用平方預(yù)測誤差SPE統(tǒng)計量監(jiān)測過程數(shù)據(jù)，判斷過程是否發(fā)生異常，并及時檢測出故障，具體步驟如下: 對于第/f個檢測點，SPE統(tǒng)計量的定義為:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于偏最小二乘算法的推進系統(tǒng)故障診斷方法，其特征在于由于在步驟三中要用到故障時刻之后一個時刻的數(shù)據(jù)，因此本步驟在檢測出故障發(fā)生之后，至少要再多執(zhí)行一個時刻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于偏最小二乘算法的推進系統(tǒng)故障診斷方法，其特征在于所述步驟三的具體步驟如下: 設(shè)第/時刻檢測到故障，變量Jlif為故障時刻/自變量的采樣值，則預(yù)測誤差為:
【文檔編號】G05B13/04GK103472820SQ201310426582
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】張淼, 沈毅, 韓渭辛, 候奉博, 崔捷 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)