(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110004151.4 (22)申请日 2021.01.04 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 112597706 A (43)申请公布日 2021.04.02 (73)专利权人 中国人民解 放军96901部队2 2分 队 地址 100085 北京市海淀区中国人民解 放 军96901部队2 2分队 (72)发明人 李玉龙　马肸　张义忠　 (74)专利代理 机构 北京理工大 学专利中心 11120 专利代理师 李微微 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01)G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 CN 110082115 A,2019.08.02 CN 111505424 A,2020.08.07 CN 111259927 A,2020.0 6.09 孙成志等.基 于神经网络和证据理论的火箭 发动机故障诊断. 《宇 航总体技 术》 .2020,(第04 期), 审查员 李祖布 (54)发明名称 一种运载火箭执 行机构故障在线 诊断方法 (57)摘要 本发明公开了一种运载火箭执行机构故障 在线诊断方法， 通过BP神经网络+循环神经网络 的分层作用， 可依次准确获得运载火箭故障位置 以及故障参数， 大大简化神经网络结构， 提高故 障诊断网络的收敛性能； 本发明所述方法不同于 传统基于模 型的故障诊断方法， 无需精确获知运 载火箭运动学及动力学模型即可准确辨识故障 信息， 辨识速度快， 大 大提高故障在线 诊断能力。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 112597706 B 2022.11.29 CN 112597706 B 1.一种运载火箭执 行机构故障在线 诊断方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤一、 建立 运载火箭 运动学以及动力学模型， 分析运载火箭执 行机构常见故障模式； 步骤二、 给定火箭总体参数及标准弹道， 每次更改执行机构故障位置、 发生 时间以及故 障模式进行弹道计算， 基于步骤一的运动学以及动力学模型， 获得一定时间内的火箭姿态 角， 姿态角速率及发动机摆角指令的时间序列； 步骤三、 以设定时间窗口内的火箭姿态角 偏差、 姿态角速度偏差以及发动机摆角指令 作为输入量， 以当前故障位置为输出， 构建故障位置判断样本库； 采用BP神经网络对故障位 置判断样本库中样本数据进行训练， 学习火箭姿态角偏差、 姿态角速度偏差以及发动机摆 角指令与当前故障位置的映射关系； 步骤四、 以设定时间窗口内的火箭姿态角 偏差、 姿态角速度偏差以及发动机摆角指令 作为输入量， 以当前执行机构故障参数为输出， 构建故障参数辨识样本库； 采用循环神经网 络对故障参数辨识样本库中样本数据进行训练， 学习火箭姿态角偏差、 姿态角速度偏差以 及发动机摆角指令与执 行机构故障参数的映射关系； 步骤五、 对于实际火箭飞行状态， 滚动读取一定时间内的火箭姿态角、 姿态角速率及发 动机摆角指令的时间序列， 并作为输入量； 首先采用步骤三训练的BP神经网络得到执行机 构故障位置； 再采用步骤四训练的循环神经网络获取执行机构故障参数， 最终实现运载火 箭执行机构高精度故障在线 诊断。 2.如权利要求1所述的一种运载火箭执行机构故障在线诊断方法， 其特征在于， 所述故 障模式包括 卡死故障、 松浮故障、 随机漂移故障以及损伤故障。 3.如权利要求2所述的一种运载火箭执行机构故障在线诊断方法， 其特征在于， 各种执 行机构故障模式的数 学模型可由下式表示： 其中， δci(t)为控制器输出期望指令， δconst为固定常数， δrandom为随机数， ki记为损伤因 子， 且0<ki<1。 4.如权利要求1所述的一种运载火箭执行机构故障在线诊断方法， 其特征在于， 所述步 骤三中对BP神经网络的训练方法包括： 步骤(1)、 随机地对BP神经网络的权值进行 赋值； 步骤(2)、 确定BP神经网络的结构参数并给 出相关变量的定义； 步骤(3)、 输入训练样本； 步骤(4)、 正向传播过程， 具体为： 根据给定的训练模式输入， 计算出网络的输出模式， 并将其与期望模式进行比较， 如果存在误差就执 行步骤(5)； 否则， 返回步骤(6)； 步骤(5)、 反向传播过程： a、 计算同一层单 元的误差； b、 修正权值和阈值；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 112597706 B 2c、 如果误差不满足要求， 返回步骤(3)； 如果 误差满足要求， 则执 行(6)； 步骤(6)、 训练结束。 5.如权利要求1所述的一种运载火箭执行机构故障在线诊断方法， 其特征在于， 所述步 骤四中循环神经网络采用长短时记 忆网。 6.如权利要求1所述的一种运载火箭执行机构故障在线诊断方法， 其特征在于， 所述步 骤一中， 充分考虑模型不确定性以及外界环境的干扰， 建立运载火箭运动学以及动力学模 型。 7.如权利要求1所述的一种运载火箭执行机构故障在线诊断方法， 其特征在于， 所述步 骤一中， 运载火箭姿态运动学 方程为： 其中 ψT,γT分别表示俯仰角、 偏航角以及滚转角， 分别表示滚转角速度、 偏航角速度以及俯仰角速度。 8.如权利要求7所述的一种运载火箭执行机构故障在线诊断方法， 其特征在于， 所述步 骤一中， 运载火箭姿态动力学模型为： 其中， 分别表示三通道转动惯量， T1,T2,T3,T4分别表示四台发动机推力， r表 示发动机安装半径， xR表示发动机铰链至火箭头部距离， xT表示火箭质心至火箭头部距离， δ1, δ2, δ3, δ4分别表示 4台发动机摆角， D1表示模型 未建模动态以及干扰力矩。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 112597706 B 3