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申请/专利权人：北京空间飞行器总体设计部

摘要：一种航天器可重构性的表征、判定和量化方法，首先，对航天器故障模式集和资源配置包络进行了分析，建立了系统状态方程；然后，对重构目标进行了逐层分解，给出了统一框架下重构目标的数学表达；在此基础之上，建立了资源配置到重构目标的映射关系，得到了反映该映射关系的可重构性矩阵，实现了系统重构能力的数学表征；基于可重构性矩阵的行列式分析，确定了资源配置到重构目标映射关系的连通性，实现了系统重构能力的准确判定；基于可重构性矩阵的最小特征值分析，衡量了将资源配置映射到重构目标的难易程度，进而建立了可重构度指标体系，实现了系统重构能力的完备量化，为空间飞行器实现自主重构提供定量依据。

主权项：1.一种航天器可重构性的表征、判定和量化方法，其特征在于，包括：根据航天器执行机构、敏感器的典型故障案例，获得典型故障过程的数学化表示，构建故障模式集；根据航天器不同部件的配置数量、安装构型、性能参数、重量、体积，构建系统资源配置包络；基于航天器设计参数，建立完整的系统模型，结合故障模式集和系统资源配置包络，对系统正常与故障情况下的输入输出特性及内部状态变化进行描述，得到系统状态方程；基于任务需求，对重构目标进行逐层分解，并对不同等级的重构目标进行统一构建；基于系统状态方程，建立系统资源配置包络到重构目标的映射关系，实现系统重构能力的数学表征；基于映射关系，建立不同重构目标的可行性分析模型，分析资源配置到诊断重构目标间的连通性，对可重构性的有无进行准确判定，确定系统可重构的故障集；针对判别得到的系统可重构的故障集，设计可重构性量化评估指标——可重构度，对航天器在不同故障下的重构性能边界进行度量；所述根据航天器执行机构、敏感器的典型故障案例，获得典型故障过程的数学化表示，构建故障模式集，包括：执行机构故障包括：执行机构卡死故障fa1：uioutt＝ai，uimin≤ai≤uimax；执行机构恒增益变化故障fa2：uioutt＝kiuiint；执行机构恒偏差失效故障fa3：uioutt＝uiint+Δu；其中，uiout表示第i个执行机构的实际输出；uiint表示第i个执行机构输出的正常信号；uimin和uimax分别表示第i个执行机构输出的最小和最大值，Δu为常数；敏感器故障包括：敏感器卡死故障fs1：yioutt＝ai；敏感器恒增益变化故障fs2：yioutt＝kiyiint；敏感器恒偏差失效故障fs3：yioutt＝yiint+Δy；敏感器斜坡变化故障fs4：yioutt＝yiint+μΔtf；其中，yiout表示第i个敏感器的实际输出；ai为常数；yiin表示第i个敏感器输出的正常信号；ki为增益变化的比例系数；Δy为常数；tf表示故障的发生时刻；Δtf表示故障持续的时间，tf＜t＜tf+Δtf；最终构建得到故障模式集所述构建系统资源配置包络，包括：根据航天器第i种部件的配置数量ni、安装构型si、性能参数pi、重量Wi、体积Vi，得到该部件的配置包络由此构建整个系统的资源配置包络所述基于航天器设计参数，建立完整的系统模型，结合故障模式集和系统资源配置包络，对系统正常与故障情况下的输入输出特性及内部状态变化进行描述，得到系统状态方程，包括：对系统正常与故障情况下的输入输出特性及内部状态变化进行描述： 其中，θ和ψ分别为航天器的滚转角、俯仰角和偏航角，Ix、Iy和Iz表示航天器本体主惯量，ω0为航天器的轨道角速度，u＝[uxuyuz]T为航天器的控制力矩输入，fa＝[faxfayfaz]T和fs＝[fsxfsyfsz]T分别为航天器执行机构和敏感器故障，w＝[wxwywz]T为航天器的外部干扰力矩；取内部状态变量为并取其为系统输出，最终得到系统状态方程： y＝Cx+Dffs其中， 所述基于任务需求，对重构目标进行逐层分解，并对不同等级的重构目标进行统一构建，包括：基于任务需求，对重构目标进行逐层分解：完全重构目标，即要求系统在没有任何性能下降的前提下完成既定功能；部分重构目标，即允许系统规格有所下降地完成部分既定功能；安全重构目标，即暂时搁置当前任务，确保系统运行于一定安全范围；并对上述不同等级的重构目标进行统一构建： 其中，E为故障后的系统能耗，η为规定的能耗阈值，xf为故障后的系统状态，Q为一个半正定对称矩阵，S为一个正定对称矩阵；所述基于系统状态方程，建立系统资源配置包络到重构目标的映射关系，实现系统重构能力的数学表征，包括：建立资源配置包络到重构目标的映射关系： 其中，xf,0为故障发生时刻的系统状态；W为方程ATW+WA-WBR-1BTW+Q＝0的解，包含了资源配置包络到重构目标的映射关系，由此，实现系统重构能力的数学表征；所述基于映射关系，建立不同重构目标的可行性分析模型，分析资源配置到诊断重构目标间的连通性，对可重构性的有无进行准确判定，确定系统可重构的故障集，包括：对可重构性的有无进行准确判定：若det[W]≠0，系统不可重构；det[W]＝0，则系统可重构；由此，确定系统可重构的故障集。

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