基于累積和控制圖的衛(wèi)星電源系統(tǒng)異常檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電源系統(tǒng)故障診斷領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電源系統(tǒng)是衛(wèi)星的核心系統(tǒng)，衛(wèi)星進(jìn)出地影伴隨著蓄電池與太陽能電池陣的充放 電交替，在太能電池陣能夠滿足供電時，衛(wèi)星的動力由太陽能電池陣提供，此時蓄電池進(jìn)行 充電；當(dāng)太陽能電池陣供電不足時，則聯(lián)合蓄電池進(jìn)行供電；當(dāng)進(jìn)地影時完全由蓄電池進(jìn) 行供電，若此時蓄電池供電不足會導(dǎo)致衛(wèi)星無法正常工作，情況嚴(yán)重時甚至失控變成"死 星"。
[0003] 目前衛(wèi)星蓄電池使用的是鎳氫電池，鎳氫電池的常見的故障主要有電池的失效、 損傷和不一致性，鎳氫電池的失效指的是電池失去充放電等規(guī)定能力；鎳氫電池的損傷指 的是自身過度充電或過度放電而導(dǎo)致的對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和儲存能力造成不可修復(fù)的損害；鎳 氫電池的不一致性表現(xiàn)在鎳氫電池在使用過程中不斷充放電導(dǎo)致性能衰退，不同的鎳氫電 池衰退程度不相同。
[0004] 衛(wèi)星蓄電池在工作時會采集電池的各種測量數(shù)據(jù)，例如各個回路的電壓、電流，氫 壓值以及太陽帆板的姿態(tài)角等多類數(shù)據(jù)，當(dāng)電池發(fā)生性能退化或失效時，測量數(shù)據(jù)會發(fā)生 變化?，F(xiàn)有的衛(wèi)星電源異常檢測方法一般是使用很多測量數(shù)據(jù)，方法主要有，基于模型的診 斷方法、人工智能診斷方法、以及基于門限值異常檢測方法等?；谀Ｐ偷脑\斷是建立電源 系統(tǒng)的精確模型，由模型和測量數(shù)據(jù)進(jìn)行異常檢測；人工智能診斷方法主要有專家系統(tǒng)以 及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等，專家系統(tǒng)是根據(jù)專家的經(jīng)驗(yàn)建立經(jīng)驗(yàn)庫，將現(xiàn)有數(shù)據(jù)提取特征和經(jīng)驗(yàn) 庫中的特征進(jìn)行比對，從而達(dá)到異常檢測的目的，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過對歷史異常和正常的 數(shù)據(jù)進(jìn)行自學(xué)習(xí)，但現(xiàn)有的方法存在諸多缺陷，其一是使用的測量參數(shù)過多，并且參數(shù)物理 意義不明顯，其二是對于早期異常檢測效果不明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有衛(wèi)星電源系統(tǒng)異常檢測所存在的門限值太寬、無法檢測微小 故障和早期預(yù)警等問題，提出了基于累積和控制圖的衛(wèi)星電源系統(tǒng)異常檢測方法。
[0006] 基于累積和控制圖的衛(wèi)星電源系統(tǒng)異常檢測方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1、獲取一段時間內(nèi)鎳氫電池型衛(wèi)星電源正常運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)，選取電源的氫 壓值作為評估參數(shù)，對氫壓值進(jìn)行前處理（包括剃野和光滑處理），將經(jīng)過前處理的氫壓值 分成m組，并計(jì)算每組氫壓值的均值pj，j = 1，2,... m ;
[0008] 步驟2、計(jì)算電源氫壓值的統(tǒng)計(jì)特性，即計(jì)算步驟一中所述均值？]的均值和方差；
[0009] 步驟3、根據(jù)電源正常運(yùn)行時的氫壓值的統(tǒng)計(jì)特性確定累積和控制圖的允偏量和 門限值；
[0010] 步驟4、獲得與歷史數(shù)據(jù)中每組氫壓值對應(yīng)時間長度相等的待檢測衛(wèi)星電源氫壓 值，按照步驟1的過程計(jì)算待檢測衛(wèi)星電源的氫壓值均值P1;
[0011] 步驟5、將步驟4的電源氫壓值均值？1作為累積和函數(shù)的輸入，將輸出值繪制在累 積和控制圖中；
[0012] 步驟6、判斷當(dāng)前待檢測衛(wèi)星電源氫壓值對應(yīng)的累積和S+(i)、S (i)是否超過累積 和控制圖的門限值，若未超門限說明衛(wèi)星電源系統(tǒng)當(dāng)前工作狀態(tài)正常，對下一階段氫壓值 進(jìn)行檢測；若超限，表明電源狀態(tài)異常，給出警告。
[0013] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0014] 相對于傳統(tǒng)的衛(wèi)星電源系統(tǒng)故障診斷方法，本發(fā)明基于大量遙測數(shù)據(jù)找到了衛(wèi)星 電源系統(tǒng)異常檢測中的一個特征參數(shù)：電源氫壓值。這個值正常伴隨著電池的充放電是在 一個穩(wěn)定值附近穩(wěn)定波動，計(jì)算這個波動的統(tǒng)計(jì)特性，則正常狀態(tài)時這個統(tǒng)計(jì)特性是穩(wěn)定 的。若衛(wèi)星電源性能退化時，此統(tǒng)計(jì)特性就會發(fā)生變化，本發(fā)明能夠識別出這個變化并觸發(fā) 報警。
[0015] 為了更準(zhǔn)確的識別出這個統(tǒng)計(jì)特性的變化，采用過程控制理論中的累積和控制圖 對受監(jiān)測值進(jìn)行檢驗(yàn)，將小偏離疊加就能夠識別出偏離，當(dāng)前計(jì)算的偏離值是在上一時刻 偏離值的疊加。該方法充分使用了歷史數(shù)據(jù)，對緩變過程敏感，能夠?qū)崿F(xiàn)對衛(wèi)星電源系統(tǒng)的 異常檢測、微小故障的早期預(yù)警。
[0016] 用電源氫壓值對衛(wèi)星電源系統(tǒng)進(jìn)行異常檢測不但能夠節(jié)省整體的運(yùn)算時間，而且 準(zhǔn)確度高，通過對不同衛(wèi)星的不同時刻的電源遙測數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，其異常檢測準(zhǔn)確度達(dá)到 99%以上。
【附圖說明】
[0017] 圖1為衛(wèi)星發(fā)生故障時的一段電源氫壓值遙測數(shù)據(jù)；
[0018] 圖2為繪制的累積和控制圖；
[0019] 圖3為圖2的故障部位局部放大圖。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0020] 一：
[0021] 基于累積和控制圖的衛(wèi)星電源系統(tǒng)異常檢測方法，包括以下步驟：
[0022] 步驟1、獲取一段時間內(nèi)鎳氫電池型衛(wèi)星電源正常運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)，選取電源的氫 壓值作為評估參數(shù)，對氫壓值進(jìn)行前處理（包括剃野和光滑處理），將經(jīng)過前處理的氫壓值 分成m組，并計(jì)算每組氫壓值的均值pj，j = 1，2,... m ;
[0023] 步驟2、計(jì)算電源氫壓值的統(tǒng)計(jì)特性，即計(jì)算步驟一中所述均值？]的均值和方差；
[0024] 步驟3、根據(jù)電源正常運(yùn)行時的氫壓值的統(tǒng)計(jì)特性確定累積和控制圖的允偏量和 門限值；
[0025] 步驟4、獲得與歷史數(shù)據(jù)中每組氫壓值對應(yīng)時間長度相等的待檢測衛(wèi)星電源氫壓 值，按照步驟1的過程計(jì)算待檢測衛(wèi)星電源的氫壓值均值P1;
[0026] 步驟5、將步驟4的電源氫壓值均值為累積和函數(shù)的輸入，將輸出值繪制在累 積和控制圖中；
[0027] 步驟6、判斷當(dāng)前待檢測衛(wèi)星電源氫壓值對應(yīng)的累積和S+(i)、S (i)是否超過累積 和控制圖的門限值，若未超門限說明衛(wèi)星電源系統(tǒng)當(dāng)前工作狀態(tài)正常，對下一階段氫壓值 進(jìn)行檢測；若超限，表明電源狀態(tài)異常，給出警告。
【具體實(shí)施方式】 [0028] 二：
[0029] 本實(shí)施方式步驟1所述將經(jīng)過前處理的氫壓值分成m組并計(jì)算每組氫壓值的均值 p.j的步驟如下：
[0030] 選取電源的氫壓值作為衛(wèi)星異常檢測的一個特征參數(shù)，氫壓與電荷量在一定程度 區(qū)間上是線性相關(guān)的，衛(wèi)星電源正常工作時，氫壓值是穩(wěn)定波動的，若電源發(fā)生故障，則這 個波動就會偏離正常；且衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)通常是秒級的，求取一段時間的均值有利于數(shù)據(jù)平 滑。
[0031] 按照衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)的采集規(guī)律，獲取的歷史數(shù)據(jù)是由若干個采樣點(diǎn)組成的，將連 續(xù)的η個氫壓值數(shù)據(jù)點(diǎn)作為一組，共m組氫壓值數(shù)據(jù)，計(jì)算第j = 1，2,... m組的氫壓值均 值Pi:
[0033] 其中，Pjl為第j組中第1個氫壓值。
[0034] 其他步驟和參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0035] 三：
[0036] 本實(shí)施方式的步驟2所述的計(jì)算步驟1中所述均值P]的均值和方差的步驟如下：
[0037] 考慮衛(wèi)星電源系統(tǒng)由于工作環(huán)境細(xì)微改變、電源系統(tǒng)本身狀態(tài)波動、以及測量隨 機(jī)誤差的影響，計(jì)算電源氫壓值的統(tǒng)計(jì)特性，即計(jì)算步驟1中所述均值&的均值和方差；
[0038] 計(jì)算均值Pj的均值P。：
O
[0042] 其他步驟和參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
【具體實(shí)施方式】 [0043] 四：
[0044] 本實(shí)施方式步驟3中的允偏量和門限值由門限確定準(zhǔn)則確定。
[0045] 其他步驟和參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一