專利名稱：衛(wèi)星控制系統(tǒng)部件的重要度確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬航空航天領(lǐng)域，涉及ー種基于功能樹(shù)最小割集分析的衛(wèi)星部件重要度計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
隨著科技發(fā)展，衛(wèi)星已在國(guó)防軍事、通信、氣象等各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。為了確保衛(wèi)星在軌安全與運(yùn)行質(zhì)量需要對(duì)重要部件進(jìn)行識(shí)別，通過(guò)對(duì)重要部件加強(qiáng)可靠性設(shè)計(jì)、硬件冗余或功能冗余設(shè)計(jì)，從而保證盡可能地減小重要部件的在軌故障率，或使其一旦發(fā)生故障后能夠?qū)崿F(xiàn)切換或系統(tǒng)重構(gòu)，將故障影響降至最低。目前，在衛(wèi)星研制過(guò)程中，主要依靠FMEA和設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定部件的重要程 度。上述方法一般只能給出單點(diǎn)故障，而不能對(duì)部件的重要性進(jìn)行定量分析，由此得到的識(shí)別結(jié)果也存在較大的不確定性和隨意性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是克服FMEA技術(shù)只能給出單點(diǎn)故障的不足，提供了ー種衛(wèi)星部件重要度的定量分析方法，從而為衛(wèi)星的可靠性和可重構(gòu)性設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是衛(wèi)星控制系統(tǒng)部件的重要度確定方法，步驟如下(I)構(gòu)建衛(wèi)星控制系統(tǒng)功能樹(shù)，功能樹(shù)的樹(shù)根為衛(wèi)星控制系統(tǒng)的總功能，總功能包括姿態(tài)控制、軌道控制、帆板控制三個(gè)功能，每個(gè)功能分為測(cè)量功能、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三個(gè)子功能，子功能作為功能樹(shù)的樹(shù)干，實(shí)現(xiàn)子功能的部件作為功能樹(shù)的樹(shù)葉，功能樹(shù)的不同層次之間根據(jù)衛(wèi)星控制系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)方式采用與門或或門進(jìn)行連接；(2)根據(jù)功能樹(shù)不同層次間的與或關(guān)系，采用下行法或者上行法確定功能樹(shù)的割集族C，所述割集族C中的元素為割集，割集為實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星控制系統(tǒng)功能的部件集合；(3)將步驟⑵中確定的割集族C進(jìn)行吸收處理，得到功能樹(shù)的最小割集族Cmin ；最小割集族Cmin中的元素為最小割集Cmin，最小割集Cmin為實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星控制系統(tǒng)功能所需的最少部件的集合。所述的吸收處理為(3. I)選取割集族C中包含部件最少的割集cmin，并將Cmin放入最小割集族Cmin,判斷其余割集中是否包含Cmin中的所有部件，若包含所有部件，則從割集族C中剔除包含Cmin所有部件的割集，若不包含，轉(zhuǎn)步驟(3.2)；(3. 2)在割集族C中重新選取包含部件最少的割集cmin，從步驟(3. I)循環(huán)執(zhí)行，直至割集族C變?yōu)榭占?4)確定功能樹(shù)中的每個(gè)部件的重要度，即
r N、,Im其中，Im表示部件M的重要度，Nm表示該功能樹(shù)的最小割集族Cmin中包含部件M的最小割集的個(gè)數(shù)，Nt表示最小割集族中所有最小割集的個(gè)數(shù)。
所述步驟(2)中下行法確定功能樹(shù)的割集族C步驟如下從系統(tǒng)的總功能開(kāi)始，順次將上層功能置換為下層子功能，遇到與門，將與門的輸入橫向?qū)懗?，遇到或門則將或門的輸入豎向串列寫出，直到全部門都置換到最低層的部件為止。這樣得到每個(gè)分支的部件集合為功能樹(shù)的一個(gè)割集，所有割集組成的集合為功能樹(shù)的割集族C。所述步驟(2)中上行法確定功能樹(shù)的割集族C步驟如下(2. I)確定功能樹(shù)中最底層的每個(gè)子功能的割集，即 如果子功能通過(guò)與門實(shí)現(xiàn)，則與門輸入端的所有部件的集合為子功能的割集；如果子功能通過(guò)或門實(shí)現(xiàn)，則或門輸入端的每個(gè)部件均為子功能的一個(gè)割集。(2. 2)利用功能樹(shù)中上下層子功能之間的與門和或門關(guān)系確定上層子功能的割集。對(duì)于或門的情況，上層子功能的割集族為或門所有輸入端的子功能的割集組成的集合，即
c (上層子功能)=Oc (下層子功能O
/=1其中n為或門的輸入端個(gè)數(shù)。對(duì)于與門的情況，上層子功能的割集族為與門每個(gè)輸入端子功能的任一割集相并組成的割集集合，即
cMJr..h (上層子功能)=0\ (下層子功能i)
° /=1 '
c (上層子功能)其中S為下層子功能i的第j個(gè)割集，Gh...A為與門輸入端子功能I的第J1個(gè)割
集、子功能2的第.j2個(gè)割集.....子功能n的第jn個(gè)割集相并組成的上層子功能的割集。
H1為下層子功能I的割集個(gè)數(shù)，n2為下層子功能2的割集個(gè)數(shù)，nn為下層子功能n的割集個(gè)數(shù)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為(I)目前，在衛(wèi)星設(shè)計(jì)中主要依靠FMEA和設(shè)計(jì)師經(jīng)驗(yàn)確定部件的重要程度。FMEA方法一般只能給出單點(diǎn)故障，而僅憑設(shè)計(jì)師經(jīng)驗(yàn)得到的識(shí)別結(jié)果往往存在較大的不確定性和隨意性。本發(fā)明通過(guò)將系統(tǒng)功能逐層分解形成功能樹(shù)，利用功能樹(shù)的最小割集給了部件重要程度的度量方法，并采用部件重要度Im實(shí)現(xiàn)了定量評(píng)價(jià)。在衛(wèi)星控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，針對(duì)重要度高的部件需要增加硬件冗余或解析冗余，對(duì)于重要度低的部件，可以減少冗余備份，從而盡可能地減少系統(tǒng)重量和功耗。本發(fā)明不僅能夠確定存在單點(diǎn)故障的部件，而且能夠針對(duì)非單點(diǎn)情況為衛(wèi)星控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。(2)衛(wèi)星控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能多，包含的部件多種多樣，因此衛(wèi)星控制系統(tǒng)的功能樹(shù)往往比較復(fù)雜。本發(fā)明針對(duì)衛(wèi)星控制系統(tǒng)的功能樹(shù)，提出了求解其割集的下行法和上行法。兩種方法各具特點(diǎn)下行法簡(jiǎn)單易懂，適用于人工分析，可用于中小規(guī)模的功能樹(shù)；上行法利用集合理論，適用于計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)，可以用于分析大規(guī)模的功能樹(shù)。
(3)本發(fā)明提出的功能樹(shù)易于構(gòu)建，部件重要度指標(biāo)物理意義明確，整個(gè)計(jì)算過(guò)程容易通過(guò)計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)，適用于工程設(shè)計(jì)。


圖I為本發(fā)明方法流程圖；圖2為邏輯與門示意圖；圖3為邏輯或門示意圖；圖4為本發(fā)明姿態(tài)控制功能樹(shù)示意圖；圖5為本發(fā)明姿態(tài)測(cè)量功能樹(shù)示意圖； 圖6為本發(fā)明姿態(tài)測(cè)量功能樹(shù)割集分析示意圖。
具體實(shí)施例方式圖I為本發(fā)明方法的流程框圖。本發(fā)明的步驟為從衛(wèi)星控制系統(tǒng)功能角度建立衛(wèi)星控制系統(tǒng)的功能樹(shù)；(2)針對(duì)步驟(I)建立的功能樹(shù)，采用下行法或者上行法確定功能樹(shù)的割集族C ; (3)將步驟(2)中確定的割集族C進(jìn)行簡(jiǎn)化吸收，得到功能樹(shù)的最小割集族Cfflin ； (4)根據(jù)步驟(3)得到的最小割集族Cmin，確定計(jì)算部件的重要度，確定系統(tǒng)中的重要部件。一、步驟⑴的實(shí)施方式構(gòu)建衛(wèi)星控制系統(tǒng)功能樹(shù)，功能樹(shù)的樹(shù)根為衛(wèi)星控制系統(tǒng)的總功能，總功能包括姿態(tài)控制、軌道控制、帆板控制三個(gè)功能，每個(gè)功能分為測(cè)量功能、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三個(gè)子功能，每個(gè)子功能可根據(jù)不同實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)一步劃分為下層子功能，子功能作為功能樹(shù)的樹(shù)干，實(shí)現(xiàn)子功能的部件作為功能樹(shù)的樹(shù)葉，功能樹(shù)的不同層次之間根據(jù)衛(wèi)星控制系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)方式采用與門或或門進(jìn)行連接；衛(wèi)星控制系統(tǒng)功能樹(shù)的具體構(gòu)建步驟如下①針對(duì)待分析的問(wèn)題，選擇功能樹(shù)的總功能(樹(shù)根)。在對(duì)衛(wèi)星控制系統(tǒng)的所有功能進(jìn)行分析時(shí)，功能樹(shù)的樹(shù)根為系統(tǒng)總功能，包括姿態(tài)控制、軌道控制、帆板控制三個(gè)功能。在對(duì)衛(wèi)星控制系統(tǒng)的部分功能進(jìn)行分析時(shí)，功能樹(shù)的樹(shù)根為待分析的功能，例如，若分析控制系統(tǒng)的姿態(tài)控制功能的重構(gòu)能力，則以姿態(tài)控制功能作為總功能。②對(duì)總功能逐層分解，確定功能樹(shù)的樹(shù)干(子功能)。衛(wèi)星控制系統(tǒng)的總功能包括姿態(tài)控制、軌道控制、帆板控制三個(gè)功能，每個(gè)功能分為測(cè)量功能、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三個(gè)子功能，每個(gè)子功能可根據(jù)不同實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)一步劃分為下層子功能，子功能作為功能樹(shù)的樹(shù)干。③根據(jù)可重構(gòu)性分析的最低層次，確定功能樹(shù)的樹(shù)葉(部件或功能模塊)。如果最低研究層次為部件，則步驟②的最底層子功能劃分到部件功能級(jí)別，根據(jù)最底層子功能分析實(shí)現(xiàn)子功能所需的部件，將其作為功能樹(shù)的樹(shù)葉。如果最低研究層次為功能模塊，則步驟②的最底層子功能劃分到模塊功能級(jí)別，根據(jù)最底層子功能分析實(shí)現(xiàn)子功能所需的模塊，將其作為功能樹(shù)的樹(shù)葉。不同層次的功能樹(shù)之間通過(guò)與門或或門進(jìn)行連接①邏輯與門，如圖2所示。設(shè)子功能為Xi，上一層功能為Y，則所有子功能Xi實(shí)現(xiàn)時(shí)，功能Y才實(shí)現(xiàn)，數(shù)學(xué)表達(dá)式為Y = X1 n X2 n …n xn (1)②邏輯或門，如同3所示。設(shè)子功能為Xi，上ー層功能為Y，則任一子功能Xi實(shí)現(xiàn)時(shí)，功能Y就能夠?qū)崿F(xiàn)，數(shù)學(xué)表達(dá)式為Y = X1 U X2 U …U Xn (2)功能樹(shù)中的事件符號(hào)包括兩類①矩形符號(hào)“□”表示功能樹(shù)的總功能、子功能 和部件(或功能模塊)，在矩形框內(nèi)標(biāo)以功能的意義。②三角形符號(hào)“ A”表示功能的轉(zhuǎn)移。在功能樹(shù)構(gòu)建中經(jīng)常遇到功能完全相同或者同一個(gè)功能在不同位置出現(xiàn)，為了減少重復(fù)工作并簡(jiǎn)化樹(shù)的內(nèi)容，用該符號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)移。在三角形內(nèi)加上標(biāo)號(hào)以示從某處轉(zhuǎn)入某處。ニ、步驟⑵的實(shí)施方式根據(jù)功能樹(shù)不同層次間的與或關(guān)系，采用下行法或者上行法確定功能樹(shù)的割集族C，所述割集族C中的元素為割集，割集為實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星控制系統(tǒng)功能的部件集合。上述下行法確定功能樹(shù)的割集族C步驟如下從系統(tǒng)的總功能開(kāi)始，順次將上層功能置換為下層子功能，遇到與門，將與門的輸入橫向?qū)懗?，遇到或門則將或門的輸入豎向串列寫出，直到全部門都置換到最低層的部件為止。這樣得到每個(gè)分支的部件集合為功能樹(shù)的ー個(gè)割集，所有割集組成的集合為功能樹(shù)的割集族C。上行法確定功能樹(shù)的割集族C步驟如下(I)確定功能樹(shù)中最底層的每個(gè)子功能的割集，即如果子功能通過(guò)與門實(shí)現(xiàn)，則與門輸入端的所有部件的集合為子功能的割集；如果子功能通過(guò)或門實(shí)現(xiàn)，則或門輸入端的每個(gè)部件均為子功能的ー個(gè)割集。(2)利用功能樹(shù)中上下層子功能之間的與門和或門關(guān)系確定上層子功能的割集。對(duì)于或門的情況，上層子功能的割集族為或門所有輸入端的子功能的割集組成的集合，即
c (上層子功能)=Cjc (下層子功能O其中n為或門的輸入端個(gè)數(shù)。對(duì)于與門的情況，上層子功能的割集族為與門每個(gè)輸入端子功能的任一割集相并組成的割集集合，即
C,...,(上層子功能)=Ck (下層子功能/)
/=1
C (上層子功能)={c.,2...aU =1，2,…，入，ム ニ1，2，".，人，…，ノ>1，2， ..，人}其中\(zhòng)為下層子功能i的第j個(gè)割集，y 為與門輸入端子功能I的第J1個(gè)割
集、子功能2的第j2個(gè)割集.....子功能n的第么個(gè)割集相并組成的上層子功能的割集。
H1為下層子功能I的割集個(gè)數(shù)，n2為下層子功能2的割集個(gè)數(shù)，nn為下層子功能n的割集個(gè)數(shù)。三、步驟(3)的實(shí)施方式將步驟⑵中確定的割集族C進(jìn)行吸收處理，得到功能樹(shù)的最小割集族Cmin ;最小割集族Cmin中的元素為最小割集Cmin，最小割集Cmin為實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星控制系統(tǒng)功能所需的最少部件的集合；①選取割集族C中包含部件最少的割集cmin，并將Cmin放入最小割集族Cmin,判斷其余割集中是否包含Cmin中的所有部件，若包含所有部件，則從割集族C中剔除包含Cmin所有部件的割集，若不包含，轉(zhuǎn)步驟②；②在割集族C中重新選取包含部件最少的割集Cmin，從步驟(3. I)循環(huán)執(zhí)行，直至割集族C變?yōu)榭占?四、步驟⑷的實(shí)施方式部件(或功能模塊)的重要度是指在所有最小割集中，某部件(或功能模塊)功能失效將導(dǎo)致最小割集失效的個(gè)數(shù)占所有最小割集的比例，可用于描述為實(shí)現(xiàn)某一功能該部件(或功能模塊)所起的重要程度，可利用下式進(jìn)行計(jì)算(5)
丄、T其中，Im表示部件(或功能模塊)M的重要度，Nm表示該功能樹(shù)的最小割集中包含部件(或功能模塊)M的個(gè)數(shù)，Nt表示該功能樹(shù)的所有最小割集的個(gè)數(shù)。確定部件的重要度后，從兩個(gè)方面指導(dǎo)衛(wèi)星控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(I)如果存在重要度為I的部件，說(shuō)明該部件為系統(tǒng)的單點(diǎn)，該部件失效則系統(tǒng)失效，對(duì)于這種情況需盡可能的對(duì)部件進(jìn)行硬件冗余或解析冗余設(shè)計(jì)，如果無(wú)法進(jìn)行硬件冗余或解析冗余設(shè)計(jì)，則必須將該部件作為關(guān)鍵部件，在設(shè)計(jì)生成過(guò)程中進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量管理。(2)針對(duì)重要度較高的部件，需要根據(jù)其功能進(jìn)行硬件冗余或解析冗余設(shè)計(jì)；對(duì)于重要度低的部件，可以減少冗余備份，從而盡可能地減少系統(tǒng)重量和功耗。實(shí)施例以典型高軌衛(wèi)星在軌采用噴氣控制時(shí)的姿態(tài)控制功能為例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在工程實(shí)際中，衛(wèi)星控制系統(tǒng)組成多種多樣，因此功能樹(shù)也比較復(fù)雜，為了說(shuō)明具體實(shí)施方式
簡(jiǎn)單，此處對(duì)衛(wèi)星控制系統(tǒng)的組成進(jìn)行了簡(jiǎn)化，組成如下①2路地球敏感器(ES主和ES備):正常情況下一個(gè)ES工作，另一個(gè)冷備份，如果需要也可兩個(gè)ES同時(shí)工作。②4路太陽(yáng)敏感器(SS):包括俯仰SS主、滾動(dòng)SS主、俯仰SS備、滾動(dòng)SS備。俯仰SS主和俯仰SS備互為主備份，滾動(dòng)SS主和滾動(dòng)SS備互為主備份。③推進(jìn)系統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)包括多個(gè)ION推理器，為了說(shuō)明方便，此處未展開(kāi)分析各個(gè)推理器的功能，而是把推進(jìn)系統(tǒng)作為一個(gè)整體進(jìn)行處理。④姿態(tài)與軌道控制計(jì)算機(jī)(AOCC):采用兩個(gè)計(jì)算機(jī)(0BC-A，0BC-B)冷備份的方式進(jìn)行控制?；谏鲜鼋M成，衛(wèi)星主要功能為姿態(tài)控制，因此所建功能樹(shù)的樹(shù)根為“姿態(tài)控制功能”。 (I)步驟一構(gòu)建衛(wèi)星控制系統(tǒng)功遺樹(shù)；
基于上述組成，衛(wèi)星總功能為姿態(tài)控制，確定功能樹(shù)的樹(shù)根為“姿態(tài)控制功能”，總功能可分為3個(gè)子功能(樹(shù)干)，分別為“姿態(tài)測(cè)量功能”、“ ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行功能”和“控制器功能”。其中，“姿態(tài)測(cè)量功能”可通過(guò)以下兩種方式實(shí)現(xiàn)①地球敏感器測(cè)量滾動(dòng)、俯仰角，偏航角由偏航觀測(cè)器估計(jì)；②地球敏感器測(cè)量滾動(dòng)、俯仰角，偏航角由太陽(yáng)敏感器(簡(jiǎn)稱太敏)測(cè)量；因此，進(jìn)ー步將“姿態(tài)測(cè)量功能”細(xì)分為“地敏+觀測(cè)器方式測(cè)量”和“地敏+太敏方式測(cè)量”，依此類推，可得到可重構(gòu)性分析的最低層次(樹(shù)葉)“ES主”、“俯仰 SS主”、“滾動(dòng)SS主”、“俯仰SS備”、“滾動(dòng)SS備”?！翱刂破鞴δ堋笨赏ㄟ^(guò)以下兩種方式實(shí)現(xiàn)①A 機(jī)(OBC-A)控制；②B 機(jī)(OBC-B)控制；因此，“控制器功能”與“0BC-A”和“0BC-B”通過(guò)或門連接。對(duì)于“ ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行”功能，為了分析簡(jiǎn)單，將推進(jìn)系統(tǒng)作為ー個(gè)整體進(jìn)行處理，未對(duì)其進(jìn)一歩分解。依據(jù)步驟一的建樹(shù)步驟和符號(hào)，可建立姿態(tài)控制功能的功能樹(shù)如圖4、5所示(2)步驟ニ 針對(duì)步驟(I)建立的功能樹(shù)，采用下行法或者上行法確定功能樹(shù)的割集族C。首先利用下行法對(duì)圖5給出的“姿態(tài)測(cè)量”T功能樹(shù)進(jìn)行分析，由功能“姿態(tài)測(cè)量”T遇到或門，置換為Ml和M2 ；M1置換為“ES主，，和“ES備”，M2置換為M3M4，以此類推，由圖5得到圖6，得到該功能樹(shù)的割集族為:C(姿態(tài)測(cè)量T) = {{ES主} ;{ES各} ; {ES主，滾動(dòng)SS主，俯仰SS主}; {ES主，滾動(dòng)SS主，俯仰SS各}; {ES主，滾動(dòng)SS備，俯仰SS主}; {ES主，滾動(dòng)SS備，俯仰SS各}; {ES備，滾動(dòng)SS主，俯仰SS主}; {ES備，滾動(dòng)SS主，俯仰SS各};{ES備，滾動(dòng)SS備，俯仰SS主}; {ES備，滾動(dòng)SS備，俯仰SS各}}(6)同理，針對(duì)圖4中的“ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行功能”和“控制器功能”，可得各子功能的割集族為C(10N發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A) = {{10N發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A}}(7)C (控制器 C) = {{0BC-A}，{0BC-B}}(8)由干“姿態(tài)測(cè)量功能”、“ ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行功能”和“控制器功能”三個(gè)子功能相與，因此根據(jù)式(4)，可得姿態(tài)控制功能的路集為C (姿態(tài)控制)={{ES 主，ION 發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行 A，0BC-A}；{ES 備，ION 發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行 A，0BC-A}；{ES主,滾動(dòng)SS主,俯仰SS主，ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A，0BC-A}；{ES主,滾動(dòng)SS主,俯仰SS備，ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A，0BC-A}；{ES主,滾動(dòng)SS備,俯仰SS主，ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A，0BC-A}；{ES主，滾動(dòng)SS備，俯仰SS備，ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A，0BC-A}；{ES備，滾動(dòng)SS主，俯仰SS主，ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A，0BC-A}；{ES備，滾動(dòng)SS主，俯仰SS備，ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A，0BC-A}；
{ES備，滾動(dòng)SS備，俯仰SS主，ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A，0BC-A}；{ES備，滾動(dòng)SS備，俯仰SS備，ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A，0BC-A}；{ES 主，ION 發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行 A，0BC-B}；{ES 備，ION 發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行 A，0BC-B}；{ES主，滾動(dòng)SS主，俯仰SS主，ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A，0BC-B}；{ES主，滾動(dòng)SS主，俯仰SS備，ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A，0BC-B}；

{ES主，滾動(dòng)SS備，俯仰SS主，ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A，0BC-B}；{ES主，滾動(dòng)SS備，俯仰SS備，ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A，0BC-B}；{ES備，滾動(dòng)SS主，俯仰SS主，ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A，0BC-B}；{ES備，滾動(dòng)SS主，俯仰SS備，ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A，0BC-B}；{ES備，滾動(dòng)SS備，俯仰SS主，ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A，0BC-B}；{ES備，滾動(dòng)SS備，俯仰SS備，ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A，0BC-B}}(9)(3)步驟三將步驟⑵中確定的割集族C進(jìn)行簡(jiǎn)化吸收，得到功能樹(shù)的最小割集
族 Qnin ; 根據(jù)對(duì)割集族C進(jìn)行簡(jiǎn)化吸收的步驟對(duì)C (姿態(tài)控制)進(jìn)行處理，可得最小路集族
Qnin 為Cmin(姿態(tài)測(cè)量 T) = {{ES 主，ION 發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行 A，0BC-A}，{ES 備，ION 發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行 A，0BC-A}，{ES 主，ION 發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行 A，0BC-B}，{ES 備，ION 發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行 A，0BC-B}}(10)(4)步驟四根據(jù)步驟(3)得到的最小割集族，確定計(jì)算部件的重要度，確定系統(tǒng)中的重要部件。圖4給出的功能樹(shù)的最小割集如式(10)所示，當(dāng)“ES主”失效時(shí)，將導(dǎo)致最小割集{ES主，ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A，0BC-A}和{ES主，ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A，0BC-B}失效，因此“ES主”的重要度為Ies ±= 2/4 = 0. 5(11)當(dāng)“ES備”失效時(shí)，將導(dǎo)致最小割集{ES備，ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A，0BC-A}和{ES備，ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A，0BC-B}失效，因此“ES備”的重要度為Ies^= 2/4 = 0. 5(12)同理，“0BC-A”和“0BC-B”的重要度為I0Bc-A = IOBc-B = 2/4 = 0. 5(13)當(dāng)“ ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A”失效時(shí)，將導(dǎo)致所有最小割集失效，因此“ ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A”的重要度為IiciN 發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行 a = 4/4 = I(14)針對(duì)圖4給出姿態(tài)控制功能，在不考慮嚴(yán)酷度、失效概率、功能重要性等其他影響因素的情況，最重要的為“ ION發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行A”，該功能失效將導(dǎo)致總功能失效，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須加強(qiáng)該部分的重構(gòu)能力。由上述具體實(shí)施方式
可以看出，本發(fā)明通過(guò)將系統(tǒng)功能逐層分解形成功能樹(shù)，利用功能樹(shù)的最小割集給出了部件重要程度的度量方法，從而解決了目前在對(duì)衛(wèi)星控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)存在的FMEA技術(shù)只能分析單點(diǎn)故障、憑借設(shè)計(jì)師經(jīng)驗(yàn)得到的識(shí)別結(jié)果存在較大不確定性和隨意性的問(wèn)題，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的部件配 置提供了系統(tǒng)、合理的確定方法，從而指導(dǎo)衛(wèi)星控制系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)。 本發(fā)明未詳細(xì)說(shuō)明部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
權(quán)利要求
1.衛(wèi)星控制系統(tǒng)部件的重要度確定方法，其特征在于步驟如下 (1)構(gòu)建衛(wèi)星控制系統(tǒng)功能樹(shù)，功能樹(shù)的樹(shù)根為衛(wèi)星控制系統(tǒng)的總功能，總功能包括姿態(tài)控制、軌道控制、帆板控制三個(gè)功能，每個(gè)功能分為測(cè)量功能、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三個(gè)子功能，子功能作為功能樹(shù)的樹(shù)干，實(shí)現(xiàn)子功能的部件作為功能樹(shù)的樹(shù)葉，功能樹(shù)的不同層次之間根據(jù)衛(wèi)星控制系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)方式采用與門或或門進(jìn)行連接； (2)根據(jù)功能樹(shù)不同層次間的與或關(guān)系，采用下行法或者上行法確定功能樹(shù)的割集族C，所述割集族C中的元素為割集，割集為實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星控制系統(tǒng)功能的部件集合； (3)將步驟(2)中確定的割集族C進(jìn)行吸收處理，得到功能樹(shù)的最小割集族Cmin;最小割集族Cmin中的元素為最小割集Cmin，最小割集Cmin為實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星控制系統(tǒng)功能所需的最少部件的集合；所述的吸收處理為 (3. I)選取割集族C中包含部件最少的割集cmin，并將Cmin放入最小割集族Cmin,判斷其余割集中是否包含Cmin中的所有部件，若包含所有部件，則從割集族C中剔除包含Cmin所有部件的割集，若不包含，轉(zhuǎn)步驟(3.2)； (3. 2)在割集族C中重新選取包含部件最少的割集Cmin，從步驟(3. I)循環(huán)執(zhí)行，直至割集族C變?yōu)榭占? (4)確定功能樹(shù)中的每個(gè)部件的重要度，即
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的衛(wèi)星控制系統(tǒng)部件的重要度確定方法，其特征在于所述步驟(2)中下行法確定功能樹(shù)的割集族C步驟如下 從系統(tǒng)的總功能開(kāi)始，順次將上層功能置換為下層子功能，遇到與門，將與門的輸入橫向?qū)懗?，遇到或門則將或門的輸入豎向串列寫出，直到全部門都置換到最低層的部件為止。這樣得到每個(gè)分支的部件集合為功能樹(shù)的一個(gè)割集，所有割集組成的集合為功能樹(shù)的割集族C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的衛(wèi)星控制系統(tǒng)部件的重要度確定方法，其特征在于所述步驟(2)中上行法確定功能樹(shù)的割集族C步驟如下 (2. I)確定功能樹(shù)中最底層的每個(gè)子功能的割集，即如果子功能通過(guò)與門實(shí)現(xiàn)，則與門輸入端的所有部件的集合為子功能的割集；如果子功能通過(guò)或門實(shí)現(xiàn)，則或門輸入端的每個(gè)部件均為子功能的一個(gè)割集。
(2. 2)利用功能樹(shù)中上下層子功能之間的與門和或門關(guān)系確定上層子功能的割集。
對(duì)于或門的情況，上層子功能的割集族為或門所有輸入端的子功能的割集組成的集合，即
全文摘要
衛(wèi)星控制系統(tǒng)部件的重要度確定方法，(1)構(gòu)建衛(wèi)星控制系統(tǒng)功能樹(shù)，功能樹(shù)的不同層次之間根據(jù)衛(wèi)星控制系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)方式采用與門或或門進(jìn)行連接；(2)根據(jù)功能樹(shù)不同層次間的與或關(guān)系，采用下行法或者上行法確定功能樹(shù)的割集族C，所述割集族中的元素為割集，割集為實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星控制系統(tǒng)功能的部件集合；(3)將步驟(2)中確定的割集族C進(jìn)行吸收處理，得到功能樹(shù)的最小割集族Cmin，最小割集族Cmin中的元素為最小割集cmin，最小割集cmin為實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星控制系統(tǒng)功能所需的最少部件的集合；(4)確定功能樹(shù)中的每個(gè)部件的重要度。本發(fā)明克服FMEA技術(shù)只能給出單點(diǎn)故障的不足，能夠?yàn)樾l(wèi)星的可靠性和可重構(gòu)性設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102789519SQ20121021148
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者何英姿, 劉成瑞, 王南華, 王大軼 申請(qǐng)人:北京控制工程研究所