並聯試車故障監測與診斷方法
2023-05-12 01:16:11 1
並聯試車故障監測與診斷方法
【專利摘要】本發明一種並聯試車故障監測與診斷方法，包括1)獲取參數的實際值；2)參數分組；3)參數檢測；4)傳感器失效檢測；5)參數異常判斷等步驟，解決了四臺發動機之間「或」關係，單臺發動機各個參數之間「與」關係的問題，提高了故障監測與診斷系統算法的精度，減少了由於算法、傳感器失效等原因產生的誤報漏報現象，能夠同時對不同發動機的不同參數進行監測與診斷。
【專利說明】並聯試車故障監測與診斷方法【技術領域】
[0001]本發明涉及一種故障監測與診斷技術，具體涉及一種並聯試車故障監測與診斷方法。
【背景技術】
[0002]每一次航天任務發射前都要進行各種試驗，地面熱試車試驗模擬飛行狀態可以直接獲得各種參數及性能，決定著箭體發射時的質量甚至成敗，有必要引進與採用故障監測與診斷技術以降低其試驗風險，保護產品及試車臺安全。液氧煤油發動機故障監測與診斷系統針對單臺發動機而設計，存在以下問題:首先，不具備同時監測四臺發動機運行狀態的能力；其次，當其中一臺或某幾臺發生故障時能否準確定位；最後，針對四機並聯試車必須保證不能發生誤報警或者不報警。液氧煤油發動機四機並聯試車故障監測與診斷技術是國內首次將故障監測與診斷技術應用到四臺發動機並聯熱試車中。
【發明內容】
[0003]為解決當前針對單臺發動機的故障監測與診斷方法不適用於並聯的多臺發動機故障監測與診斷的技術問題，本發明提供一種並聯試車故障監測與診斷方法。
[0004]本發明的技術解決方案如下:
[0005]一種並聯試車故障監測與診斷方法，其特殊之處在於:包括以下步驟:
[0006]I】獲取參數的實際值
[0007]獲取故障監測與診斷系統所需要的故障監測點參數的數字量值，並將數字量值同步轉換為模擬量，即故障監測點參數的實際值，
[0008]所述故障監測點參數的數字量值由安裝在進行試車的多個發動機上的傳感器採集，並經數據處理後獲得，
[0009]2】參數分組
[0010]將參數根據發動機進行分類，同一發動機的參數劃分為一組，根據參數的屬性信息將同一發動機的不同參數進行分類，並歸納至與該參數具有相同屬性的規則庫下，不同發動機的規則庫設置不相同；所述規則庫包括多類資料庫表格，每類資料庫表格用於存儲一類參數在不同時間點的閾值計算方法，
[0011]3】參數檢測
[0012]並行檢測步驟I】所獲取的進行試車的多個發動機的故障監測點參數，具體檢測步驟如下:
[0013]識別參數屬性，根據參數屬性查詢與之相對應的規則庫的資料庫表格，利用資料庫表格中記載的閾值計算方法計算出該參數在這一時間點的閾值，將該參數的實際值與閾值相比較，如果參數的實際值在閾值範圍內，則該參數運行狀態正常，如果參數的實際值超出閾值範圍，則進行步驟4】，
[0014]4】傳感器失效檢測[0015]檢測傳感器是否處於開路、短路，或數值大幅震蕩的異常狀態，如果是，將該參數剔除，不再作為故障監測點參數；否則，進行下一步驟；
[0016]5】參數異常判斷
[0017]如果故障監測點參數的實際值連續多次超出閾值範圍，則該參數異常，進行預警。
[0018]在步驟5】之後還包括:6】故障判斷，當一臺發動機同時有多個故障監測點參數的實際值連續多次超出閾值範圍，確認此次試車發生故障並進行報警。
[0019]上述規則庫中資料庫表格所存儲的閾值計算方法包括兩種，一種為ATA算法，另一種紅線關機算法，
[0020]在發動機啟動階段，採用紅線關機算法，當發動機進入穩定段後，採用ATA算法。
[0021]在步驟I】獲取參數的實際值時，故障監測點參數的數字量值需要通過數據採集備份計算機進行數據備份並發送至故障監測與診斷計算機，獲取參數的實際值後，由故障監測與診斷計算機完成步驟I】至步驟5】。
[0022]為提高本發明的可靠性，在步驟I】之前，還包括判斷規則庫是否正確的步驟，具體方法如下:
[0023]5.1】根據同型號發動機以往試車真實數據，對其進行修改製作仿真數據文件，所述仿真數據文件中包括故障監測與判斷時所需要的故障監測點參數，故障監測點參數可設置成正常、異常兩種狀態 ，
[0024]5.2】讀取仿真數據文件中的故障監測點參數，
[0025]5.3】參數分組
[0026]根據參數的屬性信息將同一發動機不同參數進行分類，並歸納至具有相同屬性的規則庫下，不同發動機的規則庫設置不相同；所述規則庫包括多類資料庫表格，每類資料庫表格用於存儲一類參數在不同時間點的閾值計算方法，
[0027]5.4】參數檢測
[0028]識別仿真數據文件中的參數屬性，根據參數屬性查詢與之相對應的規則庫的資料庫表格，利用資料庫表格中記載的閾值計算方法計算出該參數在這一時間點的閾值，將該參數的實際值與計算值相比較，判斷該參數是否異常，
[0029]5.5】將步驟5.4】所得出參數檢測結果與仿真文件中該參數的設定狀態進行比較，如果兩者一致，則該次試車的規則庫數據表格設置正確，否則，規則庫表格設置異常，重新進行規則庫表格設置。
[0030]為了保證診斷時，系統的連接可靠性，在步驟I】之前，還包括判斷數據採集備份計算機和故障監測與診斷計算機之間的接口傳輸是否正常的步驟，具體方法如下:
[0031]6.1】根據同型號發動機以往試車真實數據，對其進行修改製作仿真數據文件，所述仿真數據文件中包括故障監測與判斷時所需要的故障監測點參數，故障監測點參數可設置成正常、異常兩種狀態，
[0032]6.2】在數據採集備份計算機上回放仿真數據文件，並將仿真數據中各故障監測點參數發送至故障監測與診斷計算機，如果故障監測與診斷計算機能夠接收到數據採集備份計算機所傳輸的數據，則該次試車數據採集備份計算機和故障監測與診斷計算機之間的接口傳輸正常。
[0033]如果6.2】的檢測結果正常，繼續進行判斷規則庫是否正確的步驟，具體方法如下:
[0034]6.3】根據參數的屬性信息將同一發動機不同參數進行分類，並歸納至具有相同屬性的規則庫下，不同發動機的規則庫設置不相同；所述規則庫包括多類資料庫表格，每類資料庫表格用於存儲一類參數在不同時間點的閾值計算方法，
[0035]6.4】識別仿真數據文件中的參數屬性，根據參數屬性查詢與之相對應的規則庫的資料庫表格，利用資料庫表格中記載的閾值計算方法計算出該參數在這一時間點的閾值，將該參數的實際值與計算值相比較，判斷該參數是否異常，
[0036]6.5】將步驟6.4】所得出參數檢測結果與仿真文件中該參數的設定狀態進行比較，如果兩者一致，則該次試車的規則庫數據表格設置正確，否則，規則庫表格設置異常，重新進行規則庫表格設置。
[0037]本發明與現有技術相比，具有以下優點:
[0038]1、本發明解決了針對單臺發動機的液氧煤油發動機故障監測與診斷系統不具備同時監測四臺發動機運行狀態的能力，能夠準確定位故障位置，不發生誤報警或者不報警。
[0039]2、本發明並聯試車故障監測與診斷方法需要同時對不同發動機的不同參數進行診斷，為避免各組參數之間相互幹擾，影響判斷準確度，採用多組參數獨立判別技術，利用故障診斷數學算法、資料庫技術、傳感器量程判斷技術，解決了四臺發動機之間「或」關係，單臺發動機各個參數之間「與」關係的問題，提高了故障診斷系統算法的精度，減少了由於算法、傳感器失效等原因產生的誤報漏報現象。
[0040]3、本發明在參數閾值計算時，採用了 ATA算法和紅線關機算法相結合的方法，在發動機啟動階段，採用紅線關機算法，能夠保證故障監測與診斷方法的可靠性；當發動機進入穩定段後，採用ATA算法能夠提高該方法運行精度。
[0041]4、本發明並聯試車故障監測與診斷方法在參數檢測之前，進行了規則庫及裝置間傳輸接口是否正確的檢驗，提高了系統監測與診斷的可靠性。
[0042]5、在本發明中數據採集備份設備同時採集多路信號，同步發送到故障監測與診斷系統，數據包發送、判斷準則判讀時間均是單臺發動機的數倍，採用多參數故障快速判別技術，實現多機多參數判讀時間同以往單臺發動機判讀時間一致，同時採用故障監測與診斷技術從監測到故障發生點發出報警信號到控制系統發出關機指令時間延遲優於50ms。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0043]圖1故障檢測與診斷系統組成框圖。
【具體實施方式】
[0044]以下以四機並聯試車故障監測與診斷系統為例對本發明進行詳細說明。
[0045]圖1所示為故障監測與診斷系統結構框圖，系統包括發動機自帶的傳感器、採集主電纜、數據轉接櫃、數據採集設備、數據採集與備份計算機、故障檢測與診斷計算機、聲光報警裝置等。在如圖所示的系統組成框圖中，發動機自帶傳感器安裝在設計人員關心的重要及主要部位，試驗發動機出廠之前為了獲得性能參數，在主要部位安裝了自帶傳感器。數據轉接櫃完成前臺傳感器採集數據與後臺數據採集設備之間信號傳輸，發動機自帶傳感器通過主電纜與數據轉接櫃連接，每一連接主電纜上設置有標識，可方便維護及檢修主電纜。數據採集設備主要實現參數採集、濾波、放大、傳輸等功能。數據採集與備份計算機有兩方面作用，一、負責完成發動機重要參數的復記工作，其次，發送發動機故障監測與診斷參數；故障檢測與診斷計算機完成參數獲取、參數分組、參數檢測、參數異常判斷、傳感器失效檢測、故障判斷、發出報警信號、發送關機指令功能。
[0046]在圖示的系統結構中，若且唯若滿足故障緊急關機規則時，發出聲光報警信號同時發送指令至控制系統，由控制系統作出判斷是否關機。
[0047]四機並聯試車故障監測與診斷方法，主要包括以下步驟:
[0048]I】獲取參數的實際值
[0049]獲取故障監測與診斷系統所需要的故障監測點參數的數字量值，並將數字量值同步轉換為模擬量，即故障監測點參數的實際值，
[0050]故障監測點參數的數字量值由安裝在進行試車的多個發動機上的傳感器採集，並經數據處理後獲得，
[0051]2】參數分組
[0052]針對此次四機並聯試車，首先要解決的是發動機參數的分組問題。當數據採集與備份計算機將從發動機前端獲取的各類型參數(如壓力、溫度、振動、水擊、脈動、轉速等)的數字量值實時打包並通過網絡發送至故障監測與診斷計算機時，運用軟體丟棄非故障監測點參數，將所獲取的參數根據發動機進行分類，同一發動機的參數劃分為一組，同一臺發動機的不同類型參數匯總至同 一規則庫下，規則庫包括多類資料庫表格，每類資料庫表格用於存儲一類參數在不同時間點的閾值計算方法，不同發動機的規則庫設置並不相同，這樣就完成了發動機參數的分組工作。
[0053]3】參數檢測
[0054]並行檢測步驟I】所獲取的故障監測點參數，具體檢測步驟如下:
[0055]識別參數屬性，根據參數屬性查詢與之相對應的規則庫的資料庫表格，利用資料庫表格中記載的閾值計算方法計算出該參數在這一時間點的閾值，將該參數的實際值與計算值相比較，如果參數的實際值在閾值範圍內，則該參數運行狀態正常，如果參數的實際值超出閾值範圍，則進入步驟4】；
[0056]4】傳感器失效規則
[0057]傳感器失效規則獨立於故障監測與診斷規則庫，當故障監測與診斷計算機接收到數據時，首先進行失效檢測，包括傳感器開路、傳感器短路，以及傳感器數值大幅震蕩等，當這些情況發生時都認為是傳感器失效，將其剔除，不進入故障監測與診斷資料庫診斷範圍內，避免發生誤報警和不報警，否則，進行下一步驟；
[0058]5】參數異常判斷
[0059]如果故障監測點參數連續多次超出閾值範圍，則該參數異常，進行預警。
[0060]6】故障判斷
[0061]當檢測到異常後，開始參數判斷，單臺發動機內部各監測參數之間邏輯關係為「與」，即任意一臺發動機內部多個參數異常表明這臺發動機異常。
[0062]四臺發動機之間的邏輯關係為「或」，即有一臺發動機異常，故障監測與診斷系統顯示四機並聯試車結果異常。
[0063]各故障監測點參數在小組內具有邏輯關係，在小組之間不具有邏輯關係，此方法提高了故障監測與診斷系統的精度。
[0064]故障定位功能主要表現為故障發生時能夠給出精確的故障發生時間、哪一臺發動機發生了故障、有哪些參數、故障發生位置等。這便是初步故障定位結果，後期伴隨試車數據及故障試車資料的不斷積累與收集，再經過網絡訓練，可以給出故障發生的原因。
[0065]故障定位功能主要表現在，當四機並聯試車發生故障時，故障監測與診斷系統能夠實時顯示故障發生點，是哪一臺發動機出現了問題，並且能夠初步定位故障發生的位置甚至原因。
[0066]基於對以上基本技術方案的優化，為進一步提高本發明診斷的準確性，本發明還做出了以下幾個方面的改進:
[0067]I】當單臺發動機四個採集參數中有三個連續三次超出閾值時，認為此臺發動機有故障，四臺發動機之間為「或」關係，此時故障診斷系統向控制系統發送故障關機信號。為解決單臺發動機四個參數之間、四臺發動機之間的邏輯關係，採用資料庫技術建立資料庫表格，以查表方式進行每個參數閾值的查詢，時間查詢，調整計算查詢，軟體通過訪問資料庫表格與實測傳感器信 號進行對比，從而進行判讀。
[0068](2)本發明在參數閾值計算時，採用了 ATA算法和紅線關機算法相結合的方法，在發動機啟動階段，採用紅線關機算法，能夠保證故障監測與診斷方法的可靠性；當發動機進入穩定段後，採用ATA算法能夠提高該方法運行精度。
[0069]在發動機啟動階段，採用紅線關機算法，該方法最有效最快速。當進入穩定段後，採用ATA算法，ATA算法即自適應門限閾值算法，通過實時計算獲得故障診斷參數的閾值，即利用一小段實測數據的均值與給定的上下限調整範圍擬合得出一個穩定段閾值，並每隔固定時間，再次採用相同方法擬合得出下一時間段的閾值。當發動機機工況變化時，上下限調整範圍也會相應變化。
[0070](3)在四機並聯試驗中可應用故障模式仿真技術，該技術可用於故障監測與診斷計算機的單機檢測，單機檢測的目的是判斷故障監測與診斷計算機在進行參數檢測時所應用的規則庫是否正確；也可用於數據採集備份計算機和故障監測與診斷計算機的聯機檢測，聯機檢測既可判斷數據採集備份計算機和故障監測與診斷計算機之間的接口傳輸是否正常，也可判斷故障監測與診斷計算機在進行參數檢測時所應用的規則庫是否正確。
[0071]單機檢測在試車之前進行，具體的步驟如下:
[0072]4.1】根據同型號發動機以往試車真實數據進行修改製作仿真數據文件，所述仿真數據文件中包括故障監測與判斷時所需要的故障監測點參數，故障監測點參數可設置成正常、異常兩種狀態，
[0073]4.2】讀取仿真數據文件中的故障監測點參數，
[0074]4.3】參數分組
[0075]將所獲取的參數根據發動機進行分類，同一發動機的參數劃分為一組，根據參數的屬性信息將同一發動機不同參數進行分類，並歸納至具有相同屬性的規則庫下，不同發動機的規則庫設置不相同；所述規則庫包括多類資料庫表格，每類資料庫表格用於存儲一類參數在不同時間點的閾值計算方法，
[0076]4.4】參數檢測
[0077]識別仿真數據文件中的參數屬性，根據參數屬性查詢與之相對應的規則庫的資料庫表格，利用資料庫表格中記載的閾值計算方法計算出該參數在這一時間點的閾值，將該參數的實際值與計算值相比較，判斷該參數是否異常，
[0078]4.5】將步驟4.4】所得出參數檢測結果與仿真文件中該參數的設定狀態進行比較，如果兩者一致，則該次試車的規則庫數據表格設置正確，否則，規則庫表格設置異常，重新進行規則庫表格設置。
[0079]聯機檢測也在試車之前進行，具體的步驟如下:
[0080]6.1】根據同型號發動機以往試車真實數據進行修改製作仿真數據文件，所述仿真數據文件中包括故障監測與判斷時所需要的故障監測點參數，故障監測點參數可設置成正常、異常兩種狀態，
[0081]6.2】在數據採集備份計算機上回放仿真數據文件，並將仿真數據中各故障監測點參數量值發送至故障監測與診斷計算機，如果故障監測與診斷計算機能夠接收到數據採集備份計算機所傳輸的數據，則該次試車的數據採集備份計算機和故障監測與診斷計算機之間的接口傳輸正常。
[0082]在實際應用中，可在數據採集備份計算機和故障監測與診斷計算機之間的接口傳輸正常之後，接著利用數據採集備份計算機和故障監測與診斷計算機進行判斷規則庫是否正確的步驟，具體方法如下:
[0083]6.3】根據參數的屬性信息將同一發動機不同參數進行分類，並歸納至具有相同屬性的規則庫下，不同發動機的規則庫設置不相同；所述規則庫包括多類資料庫表格，每類資料庫表格用於存儲一類參數在不同時間點的閾值計算方法，
[0084]6.4】識別仿真數據文件中的參數屬性，根據參數屬性查詢與之相對應的規則庫的資料庫表格，利用資料庫表格中記載的閾值計算方法計算出該參數在這一時間點的閾值，將該參數的實際值與計算值相比較，判斷該參數是否異常，
[0085]6.5】將步驟6.4】所得出參數檢測結果與仿真文件中該參數的設定狀態進行比較，如果兩者一致，則該次試車的規則庫數據表格設置正確，否則，規則庫表格設置異常，重新進行規則庫表格設置。
【權利要求】
1.一種並聯試車故障監測與診斷方法，其特徵在於:包括以下步驟: I】獲取參數的實際值； 獲取故障監測與診斷系統所需要的故障監測點參數的數字量值，並將數字量值同步轉換為模擬量，即故障監測點參數的實際值， 所述故障監測點參數的數字量值由安裝在進行試車的多個發動機上的傳感器採集，並經數據處理後獲得， 2】參數分組 將參數根據發動機進行分類，同一發動機的參數劃分為一組，根據參數的屬性信息將同一發動機的不同參數進行分類，並歸納至與該參數具有相同屬性的規則庫下，不同發動機的規則庫設置不相同；所述規則庫包括多類資料庫表格，每類資料庫表格用於存儲一類參數在不同時間點的閾值計算方法， 3】參數檢測 並行檢測步驟I】所獲取的進行試車的多個發動機的故障監測點參數，具體檢測步驟如下: 識別參數屬性，根據參數屬性查詢與之相對應的規則庫的資料庫表格，利用資料庫表格中記載的閾值計算方法計算出該參數在這一時間點的閾值，將該參數的實際值與閾值相比較，如果參數的實際值在閾值範圍內，則該參數運行狀態正常，如果參數的實際值超出閾值範圍，則進行步驟4】， 4】傳感器失效檢測 檢測傳感器是否處於開路、短路，或數值大幅震蕩的異常狀態，如果是，將該參數剔除，不再作為故障監測點參數；否則，進行下一步驟； 5】參數異常判斷 如果故障監測點參數的實際值連續多次超出閾值範圍，則該參數異常，進行預警。
2.根據權利要求1並聯試車故障監測與診斷方法，其特徵在於:在步驟5】之後還包括:6】故障判斷，當一臺發動機同時有多個故障監測點參數的實際值連續多次超出閾值範圍，確認此次試車發生故障並進行報警。
3.根據權利要求1或2並聯試車故障監測與診斷方法，其特徵在於:所述規則庫中資料庫表格所存儲的閾值計算方法包括兩種，一種為ATA算法，另一種紅線關機算法， 在發動機啟動階段，採用紅線關機算法，當發動機進入穩定段後，採用ATA算法。
4.根據權利要求1或2所述的並聯試車故障監測與診斷方法，其特徵在於:在步驟I】獲取參數的實際值時，故障監測點參數的數字量值需要通過數據採集備份計算機進行數據備份並發送至故障監測與診斷計算機，獲取參數的實際值後，由故障監測與診斷計算機完成步驟I】至步驟5】。
5.根據權利要求4所述的並聯試車故障監測與診斷方法，其特徵在於:在步驟I】之前，還包括判斷規則庫是否正確的步驟，具體方法如下: 5.1】根據同型號發動機以往試車真實數據，對其進行修改製作仿真數據文件，所述仿真數據文件中包括故障監測與判斷時所需要的故障監測點參數，故障監測點參數可設置成正常、異常兩種狀態， 5.2】讀取仿真數據文件中的故障監測點參數，5.3】參數分組 根據參數的屬性信息將同一發動機不同參數進行分類，並歸納至具有相同屬性的規則庫下，不同發動機的規則庫設置不相同；所述規則庫包括多類資料庫表格，每類資料庫表格用於存儲一類參數在不同時間點的閾值計算方法， 5.4】參數檢測 識別仿真數據文件中的參數屬性，根據參數屬性查詢與之相對應的規則庫的資料庫表格，利用資料庫表格中記載的閾值計算方法計算出該參數在這一時間點的閾值，將該參數的實際值與計算值相比較，判斷該參數是否異常， 5.5】將步驟5.4】所得出參數檢測結果與仿真文件中該參數的設定狀態進行比較，如果兩者一致，則該次試車的規則庫數據表格設置正確，否則，規則庫表格設置異常，重新進行規則庫表格設置。
6.根據權利要求4所述的並聯試車故障監測與診斷方法，其特徵在於:在步驟I】之前，還包括判斷數據採集備份計算機和故障監測與診斷計算機之間的接口傳輸是否正常的步驟，具體方法如下: .6.1】根據同型號發動機以往試車真實數據，對其進行修改製作仿真數據文件，所述仿真數據文件中包括故障監測與判斷時所需要的故障監測點參數，故障監測點參數可設置成正常，異常兩種狀態， .6.2】在數據採集備份計算機上回放仿真數據文件，並將仿真數據中各故障監測點參數發送至故障監測與診斷計算機，如果故障監測與診斷計算機能夠接收到數據採集備份計算機所傳輸的數據，則該次試車數據採集備份計算機和故障監測與診斷計算機之間的接口傳輸正常。
7.根據權利要求6所述的並聯試車故障監測與診斷方法，其特徵在於:如果6.2】的檢測結果正常，繼續進行判斷規則庫是否正確的步驟，具體方法如下: .6.3】根據參數的屬性信息將同一發動機不同參數進行分類，並歸納至具有相同屬性的規則庫下，不同發動機的規則庫設置不相同；所述規則庫包括多類資料庫表格，每類資料庫表格用於存儲一類參數在不同時間點的閾值計算方法， . 6.4】識別仿真數據文件中的參數屬性，根據參數屬性查詢與之相對應的規則庫的資料庫表格，利用資料庫表格中記載的閾值計算方法計算出該參數在這一時間點的閾值，將該參數的實際值與計算值相比較，判斷該參數是否異常， .6.5】將步驟6.4】所得出參數檢測結果與仿真文件中該參數的設定狀態進行比較，如果兩者一致，則該次試車的規則庫數據表格設置正確，否則，規則庫表格設置異常，重新進行規則庫表格設置。
【文檔編號】G01M15/00GK103792087SQ201410035097
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2014年1月24日
【發明者】鄭小萍, 付正, 蔡琳, 吳錦鳳, 劉正, 李怡, 張輝 申請人:西安航天動力試驗技術研究所