Un enfoque de tres etapas basado en datos para determinar la vida útil restante de las ruedas de reacción utilizando memoria a largo plazo y corto plazo
Autores: Islam, Md Sirajul; Rahimi, Afshin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Un enfoque de tres etapas basado en datos para determinar la vida útil restante de las ruedas de reacción utilizando memoria a largo plazo y corto plazo
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Ruedas de reacción
Satélites pequeños
Vida útil restante
Parámetro de índice de salud
Red neuronal
Error cuadrático medio raíz normalizado
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 51
Citaciones: Sin citaciones
Las ruedas de reacción son ampliamente utilizadas en el sistema de control de actitud de los satélites pequeños. Lamentablemente, la falla de las ruedas de reacción restringe la eficacia de un satélite, y es una de las muchas razones que llevan al abandono prematuro de los satélites. Este estudio observa el parámetro del sistema medible de una rueda de reacción defectuosa inducida con falla incipiente para estimar la vida útil restante de las ruedas de reacción. Logramos este objetivo en tres etapas, ya que ninguno de los parámetros del sistema observables está directamente relacionado con la salud de una rueda de reacción. En la primera etapa, identificamos el parámetro del sistema observable necesario y predecimos el futuro de estos parámetros utilizando datos adquiridos por sensores y una red neuronal recurrente de memoria a corto y largo plazo. En la segunda etapa, estimamos el parámetro del índice de salud utilizando una red neuronal de memoria a corto y largo plazo multivariada. En la tercera etapa, predecimos la vida útil restante de las ruedas de reacción basándonos en datos históricos del parámetro del índice de salud. Se utiliza el error cuadrático medio normalizado para evaluar el rendimiento de los diversos modelos en cada etapa. Además, se simulan y prueban tres diferentes períodos de tiempo (corto, moderado y extendido en la escala de los tiempos de órbita de los satélites pequeños) para evaluar el rendimiento de la metodología propuesta con respecto al mal funcionamiento de las ruedas de reacción. Además, se estudia la robustez del método propuesto ante valores faltantes, frecuencia de entrada y ruido. Los resultados muestran un rendimiento prometedor para el esquema propuesto con una precisión en la predicción del parámetro del índice de salud de alrededor de 0.01-0.02 de error cuadrático medio normalizado, una precisión en la predicción de la vida útil restante del 1-2.5%, y robustez ante varios factores de incertidumbre, como se discutió anteriormente.
Descripción
Las ruedas de reacción son ampliamente utilizadas en el sistema de control de actitud de los satélites pequeños. Lamentablemente, la falla de las ruedas de reacción restringe la eficacia de un satélite, y es una de las muchas razones que llevan al abandono prematuro de los satélites. Este estudio observa el parámetro del sistema medible de una rueda de reacción defectuosa inducida con falla incipiente para estimar la vida útil restante de las ruedas de reacción. Logramos este objetivo en tres etapas, ya que ninguno de los parámetros del sistema observables está directamente relacionado con la salud de una rueda de reacción. En la primera etapa, identificamos el parámetro del sistema observable necesario y predecimos el futuro de estos parámetros utilizando datos adquiridos por sensores y una red neuronal recurrente de memoria a corto y largo plazo. En la segunda etapa, estimamos el parámetro del índice de salud utilizando una red neuronal de memoria a corto y largo plazo multivariada. En la tercera etapa, predecimos la vida útil restante de las ruedas de reacción basándonos en datos históricos del parámetro del índice de salud. Se utiliza el error cuadrático medio normalizado para evaluar el rendimiento de los diversos modelos en cada etapa. Además, se simulan y prueban tres diferentes períodos de tiempo (corto, moderado y extendido en la escala de los tiempos de órbita de los satélites pequeños) para evaluar el rendimiento de la metodología propuesta con respecto al mal funcionamiento de las ruedas de reacción. Además, se estudia la robustez del método propuesto ante valores faltantes, frecuencia de entrada y ruido. Los resultados muestran un rendimiento prometedor para el esquema propuesto con una precisión en la predicción del parámetro del índice de salud de alrededor de 0.01-0.02 de error cuadrático medio normalizado, una precisión en la predicción de la vida útil restante del 1-2.5%, y robustez ante varios factores de incertidumbre, como se discutió anteriormente.