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捷联系统的冗余配置与故障管理方案研究

作　者: 郭思岩
导　师: 林玉荣
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 冗余设计故障检测和隔离广义似然比检测法线性预测奇偶向量补偿
分类号: V241.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着科技的发展,在军事中对导弹精度的要求越来越高,同时也要求导弹在各种环境中具有高可靠性,因为它直接关系到弹体执行任务过程的成败。导航系统的可靠性和精度主要取决于系统内元件的故障率和精度。一般说来,在捷联惯导系统中,惯性敏感元件的可靠性和精度相对其它部件而言是比较低的,因此,提高捷联惯导系统的可靠性和精度是至关重要的。本论文针对具有一个冗余度的四陀螺四加速度计的冗余捷联系统,进行了配置结构的优化和故障管理方案的设计。针对四陀螺组件,在配置结构的方案设计中,共提出三种安装方式:正交斜置配置方案和两种锥面斜置配置方案。故障管理方案是由故障检测方案和故障隔离方案组合而成。在讨论捷联惯导系统冗余设计方案时,引入了性能指标函数,通过改进的性能指标对三种配置方案进行最优化分析,得出锥面斜置配置结构的可靠性优于正交斜置的配置方式。在故障管理方案的设计中,结合四陀螺组件的特点,设计了四点检测的广义似然比故障检测方案和线性预测方案,通过仿真测试,可以得出两种方案的有效结合,能够准确的检测并隔离出故障陀螺,从而提高系统的可靠性和精度。在进行故障检测时,不同检测门限会影响故障管理方案性能,合理的选择检测门限对故障管理方案的性能至关重要。考虑到惯性器件的输出中一般含有安装误差、刻度系数误差和常值偏差,而这些误差在弹体机动状态下会影响故障检测方案的性能,为解决该问题,设计了采用Kalman滤波技术的奇偶向量补偿方案,对比有无故障和不同故障幅值的仿真测试,验证了该方法的有效性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-15
  1.1 课题来源及其研究目的  10-11
  1.2 国内外在冗余技术方向的研究现状  11-13
    1.2.1 国外研究情况  11-12
    1.2.2 国内研究情况  12-13
  1.3 论文的主要研究内容  13-15
第2章捷联系统的冗余设计与故障管理  15-31
  2.1 捷联惯导系统概述  15-19
    2.1.1 常用坐标系  15-16
    2.1.2 坐标系的转换算法  16-17
    2.1.3 捷联惯导系统的工作原理  17-18
    2.1.4 捷联系统可靠性提高的方法  18-19
  2.2 捷联系统的冗余技术  19-27
    2.2.1 配置方案的设计要求  19-20
    2.2.2 三种性能指标  20
    2.2.3 故障检测和诊断方法  20-27
  2.3 冗余配置对可靠性的影响  27-30
    2.3.1 冗余数目对可靠性的影响  27-29
    2.3.2 惯性器件的编排方式对可靠性的影响  29-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章四陀螺冗余系统配置方案的优化设计  31-56
  3.1 配置结构的选取  31-32
    3.1.1 正交斜置配置方式  31-32
    3.1.2 锥面斜置NO.1 配置  32
    3.1.3 锥面斜置NO.2 配置  32
  3.2 优化设计中三种性能指标的等价性  32-34
  3.3 正交斜置配置方式的优化设计  34-41
    3.3.1 优化指标的确定  34-35
    3.3.2 测量模型  35
    3.3.3 正交斜置配置方式的优化过程  35-41
  3.4 锥面斜置配置方式的优化设计  41-55
    3.4.1 锥面斜置NO.1 配置的优化设计  41-47
    3.4.2 锥面斜置配置NO.2  47-55
  3.5 本章小结  55-56
第4章四陀螺系统故障管理方案设计和仿真测试  56-85
  4.1 广义似然比法  56-60
    4.1.1 GLT故障检测法原理  56-58
    4.1.2 故障检测门限  58
    4.1.3 虚警率  58-59
    4.1.4 漏检率  59
    4.1.5 Potter算法与故障检测的最优性  59-60
  4.2 故障管理方案设计  60-67
    4.2.1 仿真测试条件的设定  60
    4.2.2 设计故障检测方案  60-61
    4.2.3 故障检测方案的改进  61-63
    4.2.4 设计故障隔离方案  63-66
    4.2.5 设计系统重构方案  66-67
  4.3 故障管理方案的性能指标测试  67-75
    4.3.1 正交斜置的性能测试及分析  67-70
    4.3.2 锥面斜置NO.1 的性能测试及分析  70-72
    4.3.3 锥面斜置NO.2 的性能测试及分析  72-73
    4.3.4 故障前后角速度的估计精度  73-75
  4.4 检测门限对故障管理方案性能的影响  75-84
    4.4.1 正交斜置配置结构下的测试结果及分析  75-79
    4.4.2 锥面斜置NO.1 的测试结果及分析  79-82
    4.4.3 锥面斜置NO.2 的测试结果及分析  82-84
  4.5 本章小结  84-85
第5章奇偶向量补偿方案设计与仿真测试  85-103
  5.1 奇偶向量补偿方案的设计  85-89
    5.1.1 误差分析  85-86
    5.1.2 误差建模  86-87
    5.1.3 采用Kalman滤波方法估计奇偶残差  87-89
  5.2 奇偶向量补偿方案仿真测试  89-94
    5.2.1 陀螺误差参数的设置  89-90
    5.2.2 无故障时奇偶残差补偿测试  90-92
    5.2.3 存在故障时奇偶残差补偿测试  92
    5.2.4 奇偶向量误差对角速度估计结果的影响  92-94
    5.2.5 仿真测试分析结论  94
  5.3 奇偶向量补偿方案的仿真测试  94-99
    5.3.1 性能测试的参数选取  94
    5.3.2 奇偶向量补偿方案仿真  94-99
  5.4 奇偶向量补偿方案的性能测试  99-102
    5.4.1 正交斜置配置结构补偿方案的性能测试及分析  99-100
    5.4.2 锥面斜置NO.1 配置结构补偿方案的性能测试及分析  100-101
    5.4.3 锥面斜置NO.2 配置结构补偿方案的性能测试及分析  101-102
  5.5 本章小结  102-103
结论  103-104
参考文献  104-110
致谢  110

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