[发明专利]基于TDP模型的诊断预测方法

说明书

本发明公开了基于TDP模型的诊断预测方法，所述TDP模型建模步骤如下：(1)首先深入分析系统的物理组成和各部件的连接关系，建立基于系统工作原理的结构模型；(2)通过功能原理分析，构成骨架模型；(3)应用FMEA等故障分析方法找出影响系统性能的关键组件和关键故障；(4)分析每个测试点上的测试项目、各测试能观测的信号和行为、以及各测试的预测信息，并在TDP骨架模型上添加分析得到的相应诊断预测信息；实现所述TDP模型的诊断预测方法包括：步骤(1)、基于系统原理与多信号流的TDP建模；步骤(2)、基于TDP模型的诊断策略优化；步骤(3)、基于TDP模型的故障状态识别和故障预测。本发明不仅使模型可以对系统故障诊断和预测能力进行评估，其模型信息也能支持系统的故障预测。

技术领域

本发明涉及基于TDP模型的诊断预测方法，属于故障诊断与预测技术领域。

背景技术

航班安全是全球民航业共同的追求目标，是民航业发展的立足之本，它不仅会影响到民航业的形象及经济利益，更重要的是它关乎乘客和机组人员生命和财产安全。飞行员操作能力、飞机系统故障、维修质量、天气等一系列因素都会对民航安全造成影响，其中飞机系统的故障和维修质量对安全的影响是最主要的。对于航空公司而言，在保障飞机安全运行的条件下尽可能降低运营成本，提高经济效益是其追求的目标，因此，降低高额的诊断和维修成本是提高飞机经济性的重要途径之一。在系统的设计阶段进行测试性设计，添加传感器和测试有利于系统故障诊断能力的提高，增加故障覆盖率，在此基础上通过优化故障诊断策略可以减少不必要的测试步骤以降低故障诊断成本。飞机系统由液压系统、飞行操纵系统、座舱环境控制系统、防冰防雨系统、气源系统等众多子系统组成，自身零部件数目较多，功能复杂，也带来一系列较复杂故障，其故障具有复杂性、动态性、不确定性等特点，故障诊断与隔离难度较大。随着新技术新设备的诞生和应用，引起飞机故障的原因不断增加，需要监测的影响飞机运行安全的参数也越来越多。飞机系统的测试性下降，使飞机诊断和维修的难度大大提升，已经成为影响飞机系统全寿命周期费用的重要因素之一。

故障预测是从故障诊断发展而来的更高级的维修保障方式，目前已经成为飞机诊断体系的主要发展方向。通过对飞机系统进行故障预测，可以在故障发生前准确地对部件进行事先维修，从而提高飞机系统的安全性、完好性和任务的成功性，降低飞机的维修与保障费用。传感器布局和测试信息获取是故障预测技术中必不可少的重要环节，因此故障预测的实现离不开测试性技术的支持，在测试性设计阶段考虑系统的故障预测能力，获取更多的故障和预测信息有利于实现故障预测，提高系统全寿命周期的可靠性。目前研究情况：(1)在测试性建模方面，常用的多信号流等测试性模型是为了在产品设计环节提高产品的测试性，无法详细描述测试对故障的具体诊断能力和故障的动态发展过程，建立的模型不能对系统的预测能力进行评估，其模型信息也无法满足系统的诊断预测要求；(2)在诊断策略方面，现有研究大多是基于二值测试的，测试结果只有正常和故障两种，但在实际的测试诊断环节中测试的结果可能存在多种情况，如正常、偏大、偏小，这就不属于二测试问题而是多值测试问题。对于此类多值测试问题如果继续采用二值测试的算法将会忽略大量的故障和测试信息从而导致测试的结果的准确度下降和测试效率降低；(3)现有的故障预测方法和测试性设计技术的研究都相互独立。而传感器布局和测试信息获取是实现故障预测技术的前提，如果在测试性设计阶段考虑系统的故障预测能力，通过添加必要的测试点和测试获取更多的系统状态信息来支持系统未来的故障预测，有利于提高系统全寿命周期的可靠性。因此，有必要研究基于测试模型的故障诊断预测方法。综上所述，现有技术存在的缺点：(1)故障预测技术在飞机系统上得到越来越多的重视和应用，是飞机设计和使用过程中的一个重要组成部分；通过对飞机系统开展故障预测技术，可以在最合适的时间对部件进行维修，减少维修保障资源消耗从而降低飞机运行成本；目前许多故障诊断和预测系统是在产品生产后添加的，存在着系统兼容性差，维护和使用成本高的问题，影响了故障预测技术在实际系统中的应用。(2)在测试性建模方面，目前常用的多信号流等测试性模型是为了在产品设计环节提高产品的测试性，分析模型得到故障检测率、故障隔离率等测试性参数，评估和优化产品的故障检测能力与故障隔离能力；在建模过程中丢失了许多测试诊断信息，无法详细描述测试对故障的具体诊断能力和故障的动态发展过程，建立的模型不能对系统的预测能力进行评估，其模型信息也无法满足系统的诊断预测要求。(3)在诊断策略方面，贪婪搜索算法忽略了该测试对后续诊断可能带来的影响，不能获得全局最优的诊断策略；AO*算法等全局最优的搜索算法在搜索过程中存在反馈环节，计算复杂度很大，不适用于大型的复杂系统。