[发明专利]用于机电系统和组件的健康监控和预测

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及________提交的名称为“Performance Monitoring AndPrognostics For Aircraft Pneumatic Control Valves(用于飞行器气动控制活门的性能监控和预报)”的共同转让的共同未决的美国专利申请NO.___________(代理案卷号4439-80)。

技术领域

本技术涉及自动测试和故障预测，并且更具体地涉及估计机电组件和/或系统的当前以及未来的健康状况。更具体地，本技术涉及用于监控飞行器机载的或者其他工业应用中的闭环机电系统的健康状况的改进的方法、系统和技术。

背景技术

许多或者大多数的现代工业以及车辆应用都使用了闭环机电组件和/或控制系统。机电致动器(“EMA”)可以被用于在机器人的环境中定位设备中的平台，或者用于广泛多种应用中的任何一种。诸如飞行器的运输工具上，机电致动器被普遍地用于定位控制表面(例如用于飞行器飞行控制)以及用于很多其他的目的。

就像任何其他的移动部件一样，机电系统和组件在它们的使用寿命期间会退化并且最终用坏。机械以及机电的部件的退化可能导致增加的摩擦、较低的效率以及最终导致故障。

统计过程控制(SPC)和多变量统计过程控制(MSPC)以及其他的统计方法已经用于在化学以及制造工艺设备中监控机电组件。例如，已知的是使用多变量统计过程控制来诊断地控制制造工艺。非线性统计技术可以用来提供异常情况的早期报警。

普遍已知的是监控机械以及机电系统中的致动器的健康状况，以便于预测故障以及系统退化。例如，已知的是使用基于模型的方法来监控制造工艺的机械组件。机械子系统或者组件的退化可能导致增加的摩擦、效率的损失或者其他的现象。这种退化可能会累积到导致系统或者组件发生故障或者其他灾难性故障的程度。

例如，当机械子系统或者组件被闭环控制系统控制时，控制器通常能够补偿一定程度的退化。在这些情形中，当控制器能够补偿的时候，通常不能从系统的输出中获得任何退化的指示，这部分是因为控制器正如它被规划要做的那样已经补偿了这种状况。控制系统自动地适应机电系统或者组件的行为特性方面的改变时，控制器增加或者改变指令电流或者电压，以便于处理较高的摩擦或者其他的变化因素。

发明内容

对于这种指令电流或关于电力输入或者控制功率的其他变量的监控可以指示出机电系统或组件的异常。这里的示例性非限制实施方式使用指令电流或其他的关于电力功率的测量或者其他的控制参数来监控系统或者组件的健康状况。在退化较为严重的情况下，控制器可能没办法补偿以及保证系统或组件的性能。在这情况中，系统的输出变量，诸如位置或速度，可以提供退化的指示。该示例性说明性的非限制实施方式也使用位置或速度测量来监控系统或组件的健康状况。

与系统或组件的退化不相关的扰动和运行状况可能导致指令电流(电能)的增加或者改变控制器输出参数。为了可靠地监控，这种运行状况和扰动也可以被监控并且被考虑在内。该示例性说明性的非限制实施方式可以使用运行状况和扰动测量作为分析的一部分以监控系统或组件的健康状况。

这里的一个示例性说明性的非限制实施方式使用了分析技术来处理从传感器中得到的数据，所述传感器测量关于机电系统或组件致动的量。这种量可以例如包括位置、速度、指令电流、指令功率或者其他可测量参数。传感器可以被用来测量关于这种机电系统或组件致动的运行状态的量，其中包括但不限于例如平台的重量、作用在飞行器控制表面上的动压或者其他参数。

在一个示例性说明性的非限制实施方式中，一种用于监控以闭环的形式进行控制的机电系统或组件的健康状态的方法，可以包括在所述系统或者组件处于已知的状况下受到预定运行模式的指令控制时从所述系统或者组件的健康情形收集至少一个可测量的可变参数的一组测量结果。这样收集到的测量结果可以被用来构建统计模型。从系统或组件的至少一种情形的该可测量的可变参数收集到的新的测量结果可以与统计模型比较从而产生量化的退化指标。在探测到异常的时候，例如退化超过了警报阈值时，可以产生指示。

在示例性说明性的非限制实施方式中，测量数据可以包括例如电气输入功率、给予电机的电气指令电流、位置指标、速度指示、运行状态、扰动或其他可测量信息。

预定运行模式可以是固定模式，该固定模式是正常运行的结果。其也可以是基于测试运行的模式。