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当代控制理论及应用技术概论
Introduction to Contemporary Control Theory and Applied Technology

的故障监测与保护措施。
2. 国内航天器故障诊断技术的发展
相对于欧美等航天大国来说， 国内在航天器故障诊断方面的发展起步较晚，
技术不成熟， 但也逐渐意识到故障诊断对于航天器的重要性， 并开展了一系列
理论与实践研究。 自 20 世纪 80 年代以来， 在国内各航天院所的带领下进行包

括航天器设备的故障诊断系统研究， 研制出了针对不同故障类型的故障诊断系
统， 但实验效果并不理想。 2014 年成立了国内首个航天器在轨故障诊断与维修
实验室， 进行在轨故障早期辨识与定位、 在轨故障仿真与维修、 在轨可靠性增

长与延寿等技术研究， 标志着中国的航天器故障诊断技术正迈向一个崭新的阶
段， 将更加有效地提升国内航天器自主故障诊断的能力。
（三）航天器故障诊断的基本方法
故障诊断技术最早起源于美国。作为一门学科进行系统研究从 20 世纪 60 年
代的美国宇航局（NASA）开始，1961 年美国开始实施阿波罗计划后出现了一系

列的设备故障，促使美国海军研究室主持美国机械故障预防小组开始把故障诊断
作为一种技术进行研究开发。1971 年，麻省理工学院的 Beard 发表的博士论文和
Mehra 和 Peschon 发表在 Automatica 上的论文，创新性的提出了运用软件冗余代

替硬件冗余的新思想，开启了故障诊断技术研究的开端。
根据系统采用的特征描述和决策方法的差异，形成了不同的故障诊断方法，
应用于航天器故障诊断的方法有很多种，其中应用较多的有：基于模型的方法、
基于信号处理的方法和基于人工智能的方法。
1. 基于模型的故障诊断方法

基于模型的故障诊断方法是提出最早、研究最为系统的一种方法。基本思
想是运用软件冗余代替硬件冗余。基于模型的故障诊断方法分为基于参数估计的
故障诊断方法和基于状态估计的故障诊断方法。

（1）基于参数估计的故障诊断方法
基于参数估计的故障诊断方法的基本思想是不需计算残差序列，而是根据
模型参数及相应物理参数的变化量序列的统计特性来进行故障诊断，更利于故障
的分离。因为被诊断对象的故障可以视为其过程参数的变化，而过程参数的变化
又往往导致系统参数的变化。1984 年 Iserman 对基于参数估计的故障诊断方法作

出了完整的描述。目前研究得较为广泛的有强跟踪滤波器方法和最小二乘法。

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