طراحي سنسور نرم براي شناسايي خرابي در ژيرسكوپ يك ماهواره‌بر

Soft sensor design for fault detection in ALV pitch gyro

يكي از چالش‌هاي اصلي پرتاب ماهواره‌برها، قابليت اطمينان آنها در مقابل انواع خرابي‌ها مي‌باشد. راهكار اصلي براي افزايش اين قابليت اطمينان استفاده از روش‌هاي شناسايي و تشخيص خرابي است. يكي از روش‌هاي شناسايي و تشخيص خرابي استفاده از روش‌هاي داده پايه نرم‌افزاري يا سنسور نرم است. چالش اصلي براي شناسايي و تشخيص خرابي توسط روش داده پايه نرم‌افزاري، استخراج خروجي سنسور به طور مستقل و موازي مي‌باشد. در اين مقاله بر اساس اصل تقارن ديناميكي كانال سمت و فراز ماهواره‌برها سنسور نرمي طراحي مي‌شود كه توانايي شناسايي و تشخيص انواع خرابي‌ها را دارد. بدين منظور ابتدا كانال سمت ژيرسكوپ با استفاده از الگوريتم مربعات خطاي بازگشتي شناسايي مي‌شود، سپس با توجه به اصل تقارن ديناميكي ورودي كانال فراز كه همان خيز كنترلي كانال فراز است به ديناميك شناسايي شده اعمال مي‌گردد. خروجي اين سيستم، تخميني از آهنگ زاويه فراز است كه به طور موازي با ژيرسكوپ كانال فراز در حال اندازه‌گيري مي‌باشد. در اين روش در صورت بروز خرابي احتمالي، سنسور طراحي شده با استفاده از جهش خطاي تخمين، وقوع خرابي را اعلام مي‌نمايد. با بررسي نتايج شناسايي خرابي توسط سنسور نرم، عملكرد مناسب سنسور طراحي شده براي شناسايي خرابي تاييد مي‌شود.

Aerospace Launch Vehicles (ALVs), used for launching artificial satellites and space stations to Earth orbits, usually encounter with failure in navigation systems. In these cases, survival of an ALV during accurate payloads injection in orbits is one of the most critical issues for Guidance and Control systems. An important challenge for safety of ALV is their reliability against all types of faults. There is a requirement for on-board fault detection without deteriorating the performance of ALV. In this paper, a new software sensor is proposed for fault detection and compensation based on symmetrical behavior of the yaw and pitch channels of an ALV. For this purpose, using identification techniques on the yaw channel, a new software sensor is developed as an online rigid dynamic predictor for the pitch channel. The proposed software sensor is employed to generate the residual of estimation error as an indicator of predefined faults. The main novelty of this software sensor is online tuning of the virtual sensor against unforeseen variations in the parameters of the vehicle. Robustness of the new control system in the presence of asymmetric behavior is investigated. The efficiency of the proposed fault tolerant method is illustrated through simulations.