對(duì)技術(shù)系統(tǒng)中不可控的多個(gè)故障局部化的方法和實(shí)施該方法的設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)工程和控制設(shè)備領(lǐng)域，并且可以用在功能診斷系統(tǒng)中，該功能 診斷系統(tǒng)在故障的外部表現(xiàn)信息的基礎(chǔ)上用于提供在工程系統(tǒng)中的故障局部化（failure localizing)(跟蹤故障點(diǎn)）。
【背景技術(shù)】
[0002] 在工程系統(tǒng)正常信號(hào)的情況下，一般將功能性診斷理解為確定故障且依 據(jù)工程系統(tǒng)的正常信號(hào)跟蹤故障點(diǎn)（即，其中系統(tǒng)是根據(jù)其目的而被使用的，并 且會(huì)受到操作（而非測(cè)試）影響）的過程，[Machine-Building. Encyclopedia. V. III-7. Measurements, Control, Diagnostics (in Russian) /Ed. by V. V. Klyuev.-M. :Machinostroenie. 1996,p.404]、[Fundamentals of Technical Diagnostics. Book I. Models of Objects, Diagnostic Methods and Algorithms(in Russian)/Ed.by P. P. Parkhomenko. - M. :Energia. 1976, p. 13] 〇
[0003] 工程系統(tǒng)的診斷包括至少兩個(gè)任務(wù)：
[0004] -檢查對(duì)象是否正確運(yùn)行；
[0005] -故障檢測(cè)，即，跟蹤引起對(duì)象的操作故障或錯(cuò)誤運(yùn)行的故障點(diǎn)和可能原因。
[0006] 本發(fā)明提供了一種用于解決第二種任務(wù)（即，故障檢測(cè)）的方法和設(shè)備。
[0007] 在本發(fā)明中將不可控故障理解為在工程系統(tǒng)（以下稱為"診斷對(duì)象"）的子系統(tǒng)、 獨(dú)立單元、模塊或元素中的故障；其中，所述故障可能不會(huì)被控制系統(tǒng)本身（包括內(nèi)置測(cè)試 元件）檢測(cè)到。從現(xiàn)代系統(tǒng)理論的角度來看，這種故障可能既涉及可觀測(cè)量又涉及不可觀 測(cè)量，該可觀測(cè)量具有被檢測(cè)到的潛在可能性，該不可觀測(cè)量不具備這種潛在可能性。第一 種情況，正如在此所提出的方法和設(shè)備，指出了故障點(diǎn)；第二種情況，形成了一種針對(duì)信息 不充分的解決方案，以便找到局部化任務(wù)的解決方法。
[0008] 在系統(tǒng)中出現(xiàn)的不可控故障可能導(dǎo)致其操作故障，或在所有或獨(dú)立模式中導(dǎo)致其 錯(cuò)誤運(yùn)行，但是不會(huì)產(chǎn)生任何現(xiàn)象（例如，在故障元素冗余的情況下）。因此，可以將不可控 故障局部化的任務(wù)理解為根據(jù)它們的可觀測(cè)現(xiàn)象而跟蹤故障點(diǎn)和可能的原因。
[0009]目前，在工程對(duì)象中將故障局部化的大多數(shù)方法都是基于采用邏輯或布爾模 型作為診斷模型[Machine-Building. Encyclopedia. V.III-7. Measurements, Cont rol,Diagnostics (in Russian)/Ed.by V.V.Klyuev. - M. :Machinostroenie. 1996], [Fundamentals of Technical Diagnostics. BookL Models of Objects, Diagnostic Methods and Algorithms (in Russian)/Ed. by P. P. Parkhomenko.- M. :Energia. 1976], [L.P.Kolodezhny, A. V. Chernodarov. Reliability and Engineering Diagnostics: Textbook for students of air-force higher education institutions. - M. !Publishing House at the Air-Force Academy Named after Prof. N. E.Zhukovsky and Yu. A. Gagarin, 2010]〇
[0010] 關(guān)于檢測(cè)的邏輯方法包括與那些圖形理論相關(guān)的方法。
[0011] 與本發(fā)明要保護(hù)的設(shè)備和方法在功能上最接近的是功能性診斷設(shè)備（DD) [Fundamentals of Technical Diagnostics. Book I. Models of Objects, Diagnostic Methods and Algorithms (in Russian)/Ed. by P. P. Parkhomenko.-M. :Energia. 1976, p. 38] 〇
[0012] 被診斷對(duì)象（以下稱為"DO"）是相互相關(guān)的一組元件（parts)(系統(tǒng)、子系統(tǒng)、單 元、設(shè)備、模塊、元素），以下通常稱其為"元素（elements)"。為了執(zhí)行診斷，設(shè)置故障局部 化任務(wù)，即，指出故障元素。DO在輸入信號(hào)的作用下運(yùn)行，并且形成輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)可 能或不能用于直接測(cè)量。被診斷對(duì)象通過接口單元（IU)與診斷設(shè)備（DD)進(jìn)行鏈接。
[0013] DO的技術(shù)狀態(tài)由DO技術(shù)狀態(tài)向量X表示，技術(shù)狀態(tài)其包括以與DO元素的技術(shù)狀 態(tài)相對(duì)應(yīng)的變量Xj形式示出的η個(gè)分量；這里，j是來自DO的η個(gè)元素的元素序號(hào)。數(shù)量 η是X向量的長(zhǎng)度。DO的直接不可控故障的主要特點(diǎn)是不能獲得直接測(cè)量的技術(shù)狀態(tài)向量 X。因此，DD使用了該向量的特殊形式的估算值t來診斷該向量。排除故障的任務(wù)就是執(zhí) 行以下等式：
[0014]
⑴
[0015] 接口單元（IU)在控制單元（CU)的作用下產(chǎn)生測(cè)量單元（MU)與DO的直接鏈接， 被監(jiān)控的DO參數(shù)既包含關(guān)于DO操作模式的顯式信息Q，也包含關(guān)于其元素的技術(shù)狀態(tài)的隱 式信息Z。關(guān)于DO操作模式的信息被傳送至DD中以執(zhí)行其單元的相應(yīng)設(shè)置。DO的輸入和 輸出信號(hào)可能會(huì)或可能不會(huì)直接包含在參數(shù)Q和Z中。并且，不必所有的DO元素都被MU 直接控制。測(cè)量單元MU是功能性控制設(shè)備，基于文中提出的方法（例如，用于監(jiān)測(cè)容差的 方法），該測(cè)量單元確定組合中的一些DO元素（主要不是全部）的可操作性或不可操作性。 在MU的輸出端形成故障表現(xiàn)向量Y。另外，IU產(chǎn)生技術(shù)狀態(tài)向量X的估算值1 p. DD包括被 診斷對(duì)象（DO)的形式化模型（FM)，該被診斷對(duì)象形成有關(guān)技術(shù)狀態(tài)向量的估算值f的故 障表現(xiàn)向量的估算值當(dāng)正確地設(shè)置估算值#時(shí)，即，在故障局部化任務(wù)的狀態(tài)（1)下，測(cè) 量和計(jì)算的DO故障表現(xiàn)向量應(yīng)當(dāng)符合：
[0016]
(2)
[0017] 其由結(jié)果解讀單元（result interpretation unit, RIU)所控制，運(yùn)行上述等式就 會(huì)形成診斷結(jié)果。否則，RIU向⑶發(fā)送指令，以通過作用于IU來校正估算值1。如果發(fā)現(xiàn) 故障，則RIU也發(fā)出重新配置該DO的指令。這表示了在RIU和DO之間的通信。
[0018] 為了跟蹤故障點(diǎn)，現(xiàn)有技術(shù)的DD使用正向邏輯模型（direct logical model, DLM)，其描述了系統(tǒng)中故障表現(xiàn)（failure manifestations)在故障點(diǎn)和特性方面 (故障影響傳播和相對(duì)于正常運(yùn)行所觀測(cè)到的偏移量）的相關(guān)性。在該種情況下，診斷設(shè)備 包括：控制單元⑶、測(cè)量單元MU、正向邏輯模型DLM、結(jié)果解讀單元RIU。
[0019] 此外，還使用了反向邏輯模型（RLM)，其描述了故障表現(xiàn)中的可能出現(xiàn)故障（故障 類型及故障位置）的相關(guān)性。使用RLM，就會(huì)極大地減少計(jì)算量。如果使用RLM，則該DD包 括：控制單元CU、接口單元IU、測(cè)量單元MU、結(jié)果解讀單元RIU和RLM。通常會(huì)在不同的功 能方案中分別使用DLM和RLM。
[0020] 為了更加清晰有條理地描述邏輯模型和其他單元的操作過程，使用了邏輯運(yùn)算符 AND、OR、NOT。
[0021] 已知的方法和設(shè)備具有顯著的局限性：
[0022] 1)采用基于局部化故障DLM的DD會(huì)導(dǎo)致大量的計(jì)算費(fèi)用，而采用基于RLM的診斷 設(shè)備會(huì)由于所獲得結(jié)果不清晰而無法制定正確的解決方案。
[0023] 2)經(jīng)常地，為了簡(jiǎn)化DD的實(shí)現(xiàn)方式，會(huì)引入涉及兩個(gè)或更多元素同時(shí)發(fā)生故障的 假設(shè)，該假設(shè)的可能性很低。在這種情況下，基于DLM的DD中的搜索的數(shù)量被減少為η (其 中，η是向量X的長(zhǎng)度，即，欲確定其技術(shù)狀態(tài)的DO元素的數(shù)量）。也可以將同一假設(shè)用于 基于反向邏輯模型建立的DD中。然而，在這種情況下，如果兩個(gè)或更多的故障同時(shí)出現(xiàn)，則 DD可能會(huì)錯(cuò)誤地確定故障元素。
[0024] 同時(shí)，經(jīng)驗(yàn)顯示在工程系統(tǒng)中出現(xiàn)多個(gè)故障并不少見，并且，由于在實(shí)踐中不可能 有效地維修某些或其他故障，其常常是導(dǎo)致工程系統(tǒng)累積相似和不相似故障的原因。
[0025] 3)現(xiàn)有診斷方法的共同缺陷是文中所采用的布爾算法的局限性，該布爾算法在每 個(gè)運(yùn)算技法中，將所考慮的被診斷對(duì)象（DO)元素處理為可操作的或不可操作的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0026] 本發(fā)明的任務(wù)旨在改善性能。
[0027] 本發(fā)明的技術(shù)效果是在高度復(fù)雜的對(duì)象的診斷技術(shù)狀態(tài)過程中提供較高的診斷 效率、深度和可靠性。
[0028] 為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)并且獲得所述的技術(shù)效果，提出了 一種在工程系統(tǒng)中排查不可 控的多個(gè)故障的周期性方法，包括以下內(nèi)容：從被診斷對(duì)象處接收信號(hào)；考慮到該對(duì)象的 內(nèi)部鏈接信息，這些信號(hào)被轉(zhuǎn)換為被診斷對(duì)象元素的技術(shù)狀態(tài)初始估算向量；DO元素的技 術(shù)狀態(tài)估算值通過以下過程被指定：周期性過程和采用反向和正向時(shí)間的被診斷對(duì)象的形 式化模型，而同時(shí)又交替采用反向邏輯模型和正向邏輯模型作為該對(duì)象的形式化模型；在 該周期性過程期間，形成技術(shù)狀態(tài)向量的估算值；其分量變量用