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基于SCSO-BP神经网络的卫星姿态控制系统故障预测
1
作者 于牧野 初未萌 +3 位作者 符方舟 吴志刚 陈巍 王巍 《飞控与探测》 2024年第1期37-46,共10页
近年来,随着人工智能的迅速发展,基于人工神经网络的卫星姿态控制系统故障预测方法得到了越来越多的重视。在反向传播(Back Propagation,BP)神经网络中,权重和偏置是重要的可调节参数,与神经网络的预测性能密切相关。BP神经网络的初始... 近年来,随着人工智能的迅速发展,基于人工神经网络的卫星姿态控制系统故障预测方法得到了越来越多的重视。在反向传播(Back Propagation,BP)神经网络中,权重和偏置是重要的可调节参数,与神经网络的预测性能密切相关。BP神经网络的初始权重和偏置为随机生成,设置不当容易导致网络在训练过程中陷入局部极值,进而影响预测性能。为了提高BP神经网络的预测性能,提出了一种将沙猫群优化(Sand Cat Swarm Optimization,SCSO)算法与BP神经网络相结合的预测方法。在训练过程中,首先通过SCSO算法对BP神经网络权重和偏置进行预训练,在此基础上,利用精调后的BP神经网络对卫星姿态控制系统周期渐变故障数据的未来趋势进行预测。实验结果表明,与原始BP神经网络预测方法相比,SCSO-BP预测方法能够有效减小预测误差,具有更好的预测精度。 展开更多
关键词 沙猫群优化 BP神经网络 故障预测 卫星姿态控制系统 时间序列
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基于黎曼距离的编队飞行卫星姿态控制系统故障检测数据优选方法
2
作者 缪秋语 符方舟 吴志刚 《飞控与探测》 2024年第1期47-57,共11页
为突破星上资源的严苛约束、提升编队飞行卫星故障检测能力,提出了一种适用于编队飞行卫星姿态控制系统的故障检测数据优选方法,通过利用黎曼距离衡量无故障情况和故障情况下系统测量信息之间的差距,构建了编队飞行卫星姿态控制系统故... 为突破星上资源的严苛约束、提升编队飞行卫星故障检测能力,提出了一种适用于编队飞行卫星姿态控制系统的故障检测数据优选方法,通过利用黎曼距离衡量无故障情况和故障情况下系统测量信息之间的差距,构建了编队飞行卫星姿态控制系统故障检测能力的评价指标。在此基础上,提出了故障检测数据优选方法,为系统输出信息结构优化提供了理论依据。仿真表明,所提出的方法能够在星上资源受限的情况下有效提升编队飞行卫星姿态控制系统的故障检测能力。 展开更多
关键词 故障检测能力 编队飞行卫星 数据优选 故障检测 黎曼距离
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空间飞行器自主诊断重构的理论和方法 被引量:2
3
作者 王大轶 屠园园 +1 位作者 张香燕 符方舟 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期546-557,共12页
面向我国深空探测任务对空间飞行器安全可靠自主运行提出的迫切需求,研究了空间飞行器自主诊断重构技术。针对空间飞行器诊断重构能力确定于设计之初、受制于有限资源等特点,提出了着力于系统评价设计过程的自主诊断重构方法。首先,分... 面向我国深空探测任务对空间飞行器安全可靠自主运行提出的迫切需求,研究了空间飞行器自主诊断重构技术。针对空间飞行器诊断重构能力确定于设计之初、受制于有限资源等特点,提出了着力于系统评价设计过程的自主诊断重构方法。首先,分析了国内外研究现状并梳理了后续的待突破难点。其次,以可诊断性与可重构性理论为指导,提出了正常模式与故障模式一体化设计方法、故障诊断与系统重构一体化设计方法,在设计阶段通过资源配置和诊断重构方案的综合优化实现系统诊断重构能力最大化。然后,提出了基于能力在轨评估的诊断重构方案动态调整方法,在运行阶段通过诊断重构过程的自适应调整保持系统最优状态,进而从全寿命周期提升系统的诊断重构能力。最后,进行了总结与展望。 展开更多
关键词 空间飞行器 自主诊断重构 可诊断性 可重构性 一体化设计
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基于可观测性的序列图像自主导航观测时序规划方法 被引量:2
4
作者 李嘉兴 王大轶 +3 位作者 董天舒 李茂登 徐超 符方舟 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期411-421,共11页
针对行星着陆自主导航中图像处理计算负担重的问题,分析了序列图像自主导航的可观测性,并提出了一种观测时序规划方法。通过可观测性分析得到了在未知环境中使状态可观测的最少观测次数,这是切换观测陆标的边界条件。在此基础上,通过优... 针对行星着陆自主导航中图像处理计算负担重的问题,分析了序列图像自主导航的可观测性,并提出了一种观测时序规划方法。通过可观测性分析得到了在未知环境中使状态可观测的最少观测次数,这是切换观测陆标的边界条件。在此基础上,通过优化所构建的深度估计误差模型获得最佳观测间隔时间,从而自适应地规划观测时序,减少图像处理次数。仿真结果验证了可观测性分析的正确性,以及提出的观测时序规划方法的有效性,相比每个采样时刻均观测陆标,在不明显影响导航精度的条件下减少陆标观测次数45.9%,有效降低序列图像在线处理的计算负担,大幅提升未知环境中行星着陆器基于序列图像的自主导航能力。 展开更多
关键词 行星着陆 序列图像 自主导航 可观测性
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控制系统可诊断性的内涵与研究综述 被引量:21
5
作者 王大轶 符方舟 +4 位作者 刘成瑞 李文博 刘文静 何英姿 邢琰 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第9期1537-1553,共17页
作为表征控制系统故障诊断能力的属性,故障可诊断性揭示了故障诊断深层次的内涵.将可诊断性分析纳入控制系统与诊断方案的设计环节,可以从根本上提高系统对故障的诊断能力,为研究故障诊断提供新的思路.本文分别从可诊断性的内涵、研究... 作为表征控制系统故障诊断能力的属性,故障可诊断性揭示了故障诊断深层次的内涵.将可诊断性分析纳入控制系统与诊断方案的设计环节,可以从根本上提高系统对故障的诊断能力,为研究故障诊断提供新的思路.本文分别从可诊断性的内涵、研究现状以及潜在发展趋势三个角度系统地对可诊断性进行分析.首先,从定义、影响因素、与已有概念的关系以及应用四个方面剖析了控制系统可诊断性的内涵和研究意义.其次,分别从可诊断性评价与设计两个方面对可诊断性的研究现状进行分析.最后,通过对可诊断性已有成果进行总结归纳,探讨了可诊断性研究存在的不足以及未来发展的趋势. 展开更多
关键词 控制系统 可诊断性 可诊断性评价 可诊断性设计 诊断难度
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航天器控制系统的自主诊断重构技术 被引量:15
6
作者 王大轶 屠园园 +4 位作者 符方舟 李文博 刘成瑞 刘文静 徐赫屿 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期1966-1978,共13页
自主诊断重构是确保航天器控制系统安全可靠自主运行的关键技术之一.本文针对航天器资源严重受限的客观情况,改变传统一味追求华丽算法与豪华配置的设计理念,从航天器的自身特性出发,深入挖掘诊断重构问题的本质,提出基于可诊断性与可... 自主诊断重构是确保航天器控制系统安全可靠自主运行的关键技术之一.本文针对航天器资源严重受限的客观情况,改变传统一味追求华丽算法与豪华配置的设计理念,从航天器的自身特性出发,深入挖掘诊断重构问题的本质,提出基于可诊断性与可重构性评价设计的研究思路.文章首先介绍了航天器自主诊断重构技术的发展现状,分析了当前技术的不足之处并探究了其深层原因;然后,提出了通过可诊断性与可重构性评价设计从根本上提高系统自主诊断重构能力的全新思路,梳理了其研究内容与研究概况;最后,对航天器控制系统自主诊断重构技术的发展趋势进行了展望. 展开更多
关键词 航天器控制 自主故障诊断 自主重构 可诊断性 可重构性
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复杂动态系统的实际非完全失效故障的可诊断性评估 被引量:8
7
作者 符方舟 王大轶 李文博 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第11期1941-1949,共9页
针对缺乏有效的非完全失效故障(Loss of effect,LOE)可诊断性量化分析方法的现状,本文提出了一种基于距离相似度的系统非完全失效故障的实际可诊断性评价方法.通过将状态空间描述的动态系统转换为时间堆栈动态模型,使故障的可诊断性评... 针对缺乏有效的非完全失效故障(Loss of effect,LOE)可诊断性量化分析方法的现状,本文提出了一种基于距离相似度的系统非完全失效故障的实际可诊断性评价方法.通过将状态空间描述的动态系统转换为时间堆栈动态模型,使故障的可诊断性评估分析问题转化为多元分布的相似度问题.给出系统非完全失效故障可检测性与可隔离性的相关定义,并对故障的可诊断性进行量化.通过求取最小二乘解计算最小巴氏距离,增大了算法适用范围.最后,通过仿真实例验证评价方法的有效性,并通过所提出的可诊断性评估算法求取非完全失效故障的最大可诊断效能系数. 展开更多
关键词 动态系统 故障可诊断性 量化评价 非完全失效故障 巴氏距离 最小二乘解 效能系数
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基于卡尔曼滤波器组的多重故障诊断方法研究 被引量:7
8
作者 符方舟 王大轶 李文博 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期586-593,共8页
针对缺乏有效的用于处理多重(两重及以上)加性故障隔离问题的诊断方法的现状,本文提出了一种新的基于卡尔曼滤波器组的控制系统多重故障的检测与隔离算法.通过构造多个结构不同的卡尔曼滤波器并设计相应的残差,使得每个残差仅对执行机... 针对缺乏有效的用于处理多重(两重及以上)加性故障隔离问题的诊断方法的现状,本文提出了一种新的基于卡尔曼滤波器组的控制系统多重故障的检测与隔离算法.通过构造多个结构不同的卡尔曼滤波器并设计相应的残差,使得每个残差仅对执行机构或传感器某个故障敏感而对其余故障不敏感,最终实现多重故障检测与隔离.除此之外,通过理论推导以及仿真分析,证明了所提出的故障检测与隔离算法的优越性. 展开更多
关键词 卡尔曼滤波器组 多重故障 未知输入卡尔曼滤波器 加性故障 故障检测与隔离
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深空探测器自主控制技术综述 被引量:12
9
作者 王大轶 符方舟 +4 位作者 孟林智 李文博 李茂登 徐超 葛东明 《深空探测学报》 2019年第4期317-327,共11页
深空探测是人类考察、勘探和定居地球外其它天体的第1步,而深空探测器的自主控制技术则是确保深空探测任务成功完成的重要关键技术之一。从“自主导航、自主制导与控制、自主任务规划、自主故障诊断与重构”4个方面对深空探测器自主控... 深空探测是人类考察、勘探和定居地球外其它天体的第1步,而深空探测器的自主控制技术则是确保深空探测任务成功完成的重要关键技术之一。从“自主导航、自主制导与控制、自主任务规划、自主故障诊断与重构”4个方面对深空探测器自主控制技术的研究现状进行综述,分析了已有的深空探测器自主控制技术存在的问题,并根据深空探测技术发展和任务实施的需求,提出了深空探测器自主控制技术未来研究的发展趋势。 展开更多
关键词 深空探测器 自主导航 自主制导与控制 自主任务规划 自主故障诊断与重构
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基于分层随机梯度辨识算法的传感器故障检测方法 被引量:2
10
作者 符方舟 王大轶 李文博 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2016年第4期12-17,共6页
提出一种基于两阶段递推随机梯度参数辨识的传感器故障的在线检测方法.相对于最小二乘参数辨识算法,随机梯度参数辨识算法所需计算量更小.针对计算能力受限的系统,提出基于随机梯度参数辨识的检测算法.通过分析可知,参数辨识精度越高时... 提出一种基于两阶段递推随机梯度参数辨识的传感器故障的在线检测方法.相对于最小二乘参数辨识算法,随机梯度参数辨识算法所需计算量更小.针对计算能力受限的系统,提出基于随机梯度参数辨识的检测算法.通过分析可知,参数辨识精度越高时检测精度越高.为提高精度,给出基于两阶段递推随机梯度参数辨识的检测算法并设计基于最新估计信息的残差.除此之外,还给出新的检测算法与原有的基于最小二乘检测算法计算量的对比分析,并通过仿真实例,证明新的检测算法的优越性及有效性. 展开更多
关键词 分层随机梯度 传感器故障 故障检测
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深空探测器可重构性评价与自主重构策略 被引量:2
11
作者 徐赫屿 王大轶 +3 位作者 刘成瑞 李文博 符方舟 张科备 《深空探测学报》 2019年第4期376-383,共8页
针对深空探测过程中资源严重受限(包括计算资源、硬件资源以及能量资源)和不可维修的特点,开展了深空探测器可重构性综合评价方法和自主重构的研究。通过在地面设计阶段考虑深空探测器控制系统的可重构性,定量地给出了系统可重构性综合... 针对深空探测过程中资源严重受限(包括计算资源、硬件资源以及能量资源)和不可维修的特点,开展了深空探测器可重构性综合评价方法和自主重构的研究。通过在地面设计阶段考虑深空探测器控制系统的可重构性,定量地给出了系统可重构性综合评价指标,并基于该指标指导系统自主重构策略的设计,从设计角度提高了深空探测器控制系统运行质量,实现了深空探测器的自主故障处理和自主运行。 展开更多
关键词 深空探测 可重构性评价方法 自主重构策略
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面向推力器故障检测的卫星编队星间链路设计
12
作者 符方舟 李嘉兴 +3 位作者 张香燕 杨盛庆 王文妍 郑翰清 《上海航天(中英文)》 CSCD 2022年第6期66-74,共9页
为提升卫星编队推力器故障检测能力,将研究重点前移至系统设计阶段,提出了一种基于信息几何的卫星编队星间链路拓扑设计方法。通过利用黎曼流形点描述不同故障模式下卫星编队测量信息特征,使检测能力量化问题转化为黎曼流形上各点间距... 为提升卫星编队推力器故障检测能力,将研究重点前移至系统设计阶段,提出了一种基于信息几何的卫星编队星间链路拓扑设计方法。通过利用黎曼流形点描述不同故障模式下卫星编队测量信息特征,使检测能力量化问题转化为黎曼流形上各点间距离的度量问题。在此基础上,构建了卫星编队检测能力的度量指标,提出了卫星编队星间链路拓扑的设计方法,并通过仿真实例验证了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 故障检测 卫星编队 星间链路拓扑 故障检测能力 信息几何
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基于算子理论的系统可重构性评价与自主重构 被引量:2
13
作者 徐赫屿 王大轶 +2 位作者 李文博 刘成瑞 符方舟 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S01期53-60,共8页
针对航天器在轨资源严重受限(包括计算资源、硬件资源以及能量资源)的特点,开展了基于算子理论的航天器姿态控制系统可重构性评价方法和自主重构策略的研究。首先,基于稳定核表示(SKR)和稳定像表示(SIR)的算子理论给出了系统可重构性评... 针对航天器在轨资源严重受限(包括计算资源、硬件资源以及能量资源)的特点,开展了基于算子理论的航天器姿态控制系统可重构性评价方法和自主重构策略的研究。首先,基于稳定核表示(SKR)和稳定像表示(SIR)的算子理论给出了系统可重构性评价指标,定量地描述了系统的重构能力,突破了基于互质分解理论的系统可重构性评价方法对系统线性性质的局限。同时,基于以上结果,给出了系统可重构性最大边界,为设计人员设计自主重构策略提供了明确的指标;然后,通过在设计阶段考虑系统可重构性,充分挖掘并利用系统重构潜力,为自主重构策略的设计提供理论指导;最后,通过仿真验证了所提方法的有效性和正确性。 展开更多
关键词 航天器姿态控制系统 可重构性评价 自主重构 稳定核表示 稳定像表示
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多源自主导航系统可检测性研究 被引量:6
14
作者 王巍 姜杰 +3 位作者 吴志刚 郭雷 孟凡琛 符方舟 《导航与控制》 2022年第5期1-10,共10页
多源自主导航系统技术是新一代国家综合定位、导航与授时(Positioning,Navigation and Timing,PNT)体系下终端用户导航系统的技术发展方向。聚焦于多源信息自主感知的可检测性,分析了可检测性理论构建存在的科学技术问题,基于任务场景... 多源自主导航系统技术是新一代国家综合定位、导航与授时(Positioning,Navigation and Timing,PNT)体系下终端用户导航系统的技术发展方向。聚焦于多源信息自主感知的可检测性,分析了可检测性理论构建存在的科学技术问题,基于任务场景、运动环境以及载体动力学特征等,提出了多源自主导航系统模型表征、风险识别和可检测性量化与动态迭代优化的解决方案,为多源自主导航系统技术体系构建打下基础。 展开更多
关键词 国家综合PNT体系 多源自主导航 可检测性 自主感知
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