南极大口径望远镜潜隐故障预警及无缝智能自愈策略的研究

Large optical/infrared Antarctic telescopes are active planed at home and abroad. KDUST, i.e. 2.5m Kunlun Dark Universe Survey Telescope is proposed to be built at the Chinese Antarctic Kunlun Station. The conventional way of fault diagnosis based on monitoring and breakdown maintenance is not suitable for KDUST because of adverse circumstances, remote location and unattended. To ensure the reliable operation of the telescope is one of critical technology problems. This topic endows the control system of KDUST with self-healing mechanism. Seamless self-recovery strategy of the telescope is studied mainly based on multi-immune agent.By probing into the evolution and formation mechanism of the faults of the large optical/infrared Antarctic telescope,methods for identifying evolution of the faults are proposed. And seamless self-healing model, algorithm of self-repairing, renewal and reconstruction are built. To eliminate the conditions from decline to fault and develop the conditions from fault and decline to normal are to be studied. And an experimental platform with a semi-physical simulation technique is developed. By realizing self-sensing, self-diagnosis and self-recovery of latent fault, failure shutdown of the telescope will be decreased greatly. The study will offer theory and technology for the development of the large Antarctic telescope.

国内外天文界积极筹划在南极建造大口径光学/红外望远镜，中国提出了2.5米昆仑暗宇宙巡天望远镜(KDUST)计划。恶劣的自然条件、遥远的地理位置、无人值守，使得基于监测的故障诊断和事后维修的传统方法难以适用。如何保证南极望远镜持续可靠运行是关键技术难题之一。本项目将生物自愈机制赋予以KDUST为对象的南极望远镜控制系统，重点从多Agent免疫的角度进行望远镜无缝自愈策略研究。探明南极大口径望远镜控制系统的故障演化与形成机制，提出其故障演化过程的判识方法。构建故障自愈模型，建立系统自修复、更新和重构的算法及其策略。消除系统由衰退状态进入故障状态的条件，创造从衰退和故障状态转化到正常状态的条件。研制半物理仿真的模拟实验平台。此研究可以赋予南极大口径望远镜控制系统对潜隐故障的自感知、自诊断、自恢复的能力，大幅减少故障停机。本项目可为我国未来大口径南极望远镜的设计提供理论和技术储备。

国内外积极筹划在南极建造大口径光学/红外望远镜，中国提出了2.5米昆仑暗宇宙巡天望远镜KDUST计划。如何保证南极望远镜持续可靠运行是关键技术难题之一。本项目针对南极大口径望远镜KDUST控制系统，研究其潜隐故障以及故障的自愈方法。研究包括以下4个方面：（1）南极大口径天文望远镜潜隐故障及其诊断方法的研究。通过研究南极大口径望远镜的故障演化与形成机制，提出其故障演化过程的判识方法，对故障模型进行了分析和仿真。对其中易发故障部件重点研究。主要成果有：（A)提出采用定量模型-详细物理模型法针对南极望远镜主轴的电枢绕组故障进行诊断和验证。（B）提出采用人工智能，将BP神经网络故障诊断法用于南极望远镜，并改进了BP神经网络训练算法。给望远镜注入不同类型故障，研究故障的特性和表现形式。设计BP神经网络的算法程序。（C）基于AST3主轴的故障机理和故障模式，引入故障树法得出了该系统底事件结构重要度，基于此结果有效地进行故障诊断及防御。（2）望远镜故障的无缝自愈策略的研究。主要成果有：基于AST3南极望远镜的知识和经验，建立了南极望远镜机电系统的潜隐故障专家系统和故障自愈系统。提出并建立了其自修复、更新和重构的算法及其策略。（3）研制半实物仿真的故障仿真平台。主要成果有：首次针对南极望远镜的控制系统提出并研制出了一个半实物仿真的模拟实验平台，该平台由故障模拟系统、故障分析与自愈系统两部分组成，其中故障分析与自愈系统可以用作南极天文望远镜的实时故障处理单元。此平台为研究南极天文望远镜的故障采集、故障诊断、故障自愈方法提供了一个重要手段。（4）在南极巡天望远镜AST3-2、AST3-3上的实验与应用的研究。主要成果有：依据本项目的研究，对当前AST3南极巡天望远镜的故障检测和故障处理方式提出了改进方案，取得很好效果，为AST3-2南极越冬做出了贡献。本项目为南极天文台和KDUST的“十二五”立项方案提供了设计依据，对南极其他类型的天文仪器也有一定的参考价值。