基于故障可诊断性约束的卫星控制系统多目标优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于故障可诊断性约束的卫星控制系统多目标优化方法，属于卫 星总体设计技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前，卫星控制系统各部件配置更多地考虑系统的功能与性能，并针对基本确定 的配置方案进行故障诊断方法设计，由于提供给故障诊断的信息数量与质量是不变的，因 此采用这种方式实现的卫星控制系统故障诊断能力非常有限。另外，即使部分卫星型号在 设计阶段也考虑了故障诊断的需求，但只是凭经验，通过逐个分析故障来细枝末节地修改 基本确定的部件构型，尚未从全局出发通过分析各部件输出之间的冗余关系而给出满足可 诊断性要求的部件最优配置。
【发明内容】
[0003] 本发明的技术解决问题是：针对现有技术的不足，克服现有技术的不足，提供一种 基于故障可诊断性约束的卫星控制系统多目标优化方法，通过考虑卫星控制系统的测量精 度、故障诊断性能以及成本等指标，给出各部件的优化配置结果，保证了卫星控制系统综合 性能最优。
[0004] 本发明的技术解决方案是：
[0005] 基于故障可诊断性约束的卫星控制系统多目标优化方法，包括步骤如下：
[0006] (1)构建卫星控制系统偶邻近矩阵；
[0007] (2)初始化粒子群参数，所述粒子群参数包括粒子个数、粒子的位置与速度、粒子 和粒子群的最优综合设计指标；
[0008] (3)根据粒子位置生成卫星控制系统各部件选择向量；
[0009] (4)根据步骤（3)获得的部件选择向量，计算并判断卫星控制系统各部件成本是 否小于规定的成本以及测量约束是否满足要求，若小于且满足测量约束要求则进入步骤 (5)，否则进入步骤（8);所述测量约束为卫星控制系统各部件能够满足正常的测量要求；
[0010] (5)根据步骤（3)获得的部件选择向量和步骤⑴获得的偶邻近矩阵，计算测量精 度与可诊断性度量指标，并获得粒子综合设计指标；
[0011] (6)判断步骤（5)得到的粒子综合设计指标是否大于当前粒子记录的最优综合 设计指标，若大于，则利用该综合设计指标及其对应部件选择向量更新当前粒子的最优记 录，所述的粒子最优记录包括最优综合设计指示及其对应的部件选择向量，否则进入步骤 (8)；
[0012] (7)判断步骤（5)得到的粒子综合设计指标是否大于粒子群记录的最优综合设计 指标，若大于，则利用该综合设计指标及其对应部件选择向量更新粒子群的最优记录，所述 的粒子群最优记录包括最优综合设计指示及其对应的部件选择向量，否则进入步骤（8);
[0013] (8)若粒子群的所有粒子都已执行步骤（3)-(7)(若粒子由于不满足步骤（4)的条 件而未执行步骤（5)-(7)，也认为该粒子已执行步骤（3)-(7))，则判断粒子群的最优综合 设计指标是否满足规定要求，若满足进入步骤（10)，若不满足则进入步骤（9);如果粒子群 中仍存在粒子没有执行步骤（3) _(7)，则从中挑选一个粒子执行步骤（3)-(7);
[0014] (9)更新粒子群参数，重复步骤（3)-⑶；
[0015] (10)结束。
[0016] 步骤（1)中偶邻近矩阵构建的具体方式如下：
[0017] (la)根据敏感器测量模型、执行机构模型、卫星运动学和动力学方程，建立如下模 型：
[00181
【主权项】
1. 基于故障可诊断性约束的卫星控制系统多目标优化方法，其特征在于步骤如下： (1) 构建卫星控制系统偶邻近矩阵； (2) 初始化粒子群参数，所述粒子群参数包括粒子个数、粒子的位置与速度、粒子和粒 子群的最优综合设计指标； (3) 根据粒子位置生成卫星控制系统各部件选择向量； (4) 根据步骤（3)获得的部件选择向量，计算并判断卫星控制系统各部件成本是否小 于规定的成本以及测量约束是否满足要求，若小于且满足测量约束要求则进入步骤（5)，否 则进入步骤（8);所述测量约束为卫星控制系统各部件能够满足正常的测量要求； (5) 根据步骤（3)获得的部件选择向量和步骤⑴获得的偶邻近矩阵，计算测量精度与 可诊断性度量指标，并获得粒子综合设计指标； (6) 判断步骤（5)得到的粒子综合设计指标是否大于当前粒子记录的最优综合设计指 标，若大于，则利用该综合设计指标及其对应部件选择向量更新当前粒子的最优记录，所述 的粒子最优记录包括最优综合设计指示及其对应的部件选择向量，否则进入步骤（8); (7) 判断步骤（5)得到的粒子综合设计指标是否大于粒子群记录的最优综合设计指 标，若大于，则利用该综合设计指标及其对应部件选择向量更新粒子群的最优记录，所述的 粒子群最优记录包括最优综合设计指示及其对应的部件选择向量，否则进入步骤（8); (8) 若粒子群的所有粒子都已执行步骤（3)-(7)(若粒子由于不满足步骤（4)的条件而 未执行步骤（5)_(7)，也认为该粒子已执行步骤（3)-(7))，则判断粒子群的最优综合设计 指标是否满足规定要求，若满足进入步骤（10)，若不满足则进入步骤（9);如果粒子群中仍 存在粒子没有执行步骤（3) _(7)，则从中挑选一个粒子执行步骤（3)-(7); (9) 更新粒子群参数，重复步骤（3)-(8); (10) 结束。
2. 如权利要求1所述的基于故障可诊断性约束的卫星控制系统多目标优化方法，其特 征在于：所述步骤（1)中偶邻近矩阵构建的具体方式如下： (la)根据敏感器测量模型、执行机构模型、卫星运动学和动力学方程，建立如下模型：
其中，Q为等式编号，i= 1，2,…，ns+na+6,ns表示敏感器个数，na表示执行机构个数， m为部件总数m=ns+na，表示敏感器的测量模型，
表示 执行机构模型，
表示卫星运动学和动力学方程，h为函数 表达式（例如，对于不同的敏感器模型，函数表达式有所不同，但为本领域公知）；KW为各敏 感器输出，U= 1，2,…，ns，xTS各模型的未知变量，t= 1，2,…，na+6，f\为各部件的故 障函数，e= 1，2,…，m; (lb)以步骤（la)模型中的等式为行，以未知变量为列，构建偶邻近矩阵H' (i，j)，若 未知变量&存在于等式C ，则称未知变量h与等式Ci之间存在边S(Ci，\)，并置元素 H' (i，j)为 1，否则为0,其中j=l，...，na+6。
3. 如权利要求1所述的基于故障可诊断性约束的卫星控制系统多目标优化方法，其特 征在于：所述步骤（2)粒子群参数初始化包括： (2a)粒子个数初始化基本原则为：粒子越多搜索空间越大，寻优过程越短，可根据实 际需求进行具体设置； (2b)粒子的位置与速度：设置为0到1的随机数，维数为m; (2c)粒子和粒子群的最优综合设计指标：初始值设置为0。
4. 如权利要求3所述的基于故障可诊断性约束的卫星控制系统多目标优