PHM對(duì)復(fù)雜控制系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控及故障診斷

背景

該型號(hào)復(fù)雜控制系統(tǒng)是由7臺(tái)各種車輛組成的復(fù)雜電子、機(jī)械復(fù)合系統(tǒng)，這些系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)總線連接在一起，總線數(shù)據(jù)中既有控制指令數(shù)據(jù)也有執(zhí)行響應(yīng)數(shù)據(jù)或BIT數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以作為系統(tǒng)健康狀態(tài)評(píng)估或故障診斷的依據(jù)，然而在以往類似型號(hào)中這些數(shù)據(jù)并未得到有效的利用，系統(tǒng)維護(hù)效率一直停留在較低水平。

 圖 1 復(fù)雜控制系統(tǒng)示意圖

維護(hù)人員無法看到異常狀態(tài)下系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，故障狀態(tài)又很難復(fù)現(xiàn)，趨勢(shì)性的性能退化在早期也很難被察覺，這些都給維護(hù)人員排除故障，評(píng)估系統(tǒng)的健康狀態(tài)帶來困難。為解決這些問題必須建立一個(gè)開放的狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，將系統(tǒng)的總線數(shù)據(jù)以某種策略保存下來，為系統(tǒng)性能分析、故障診斷及數(shù)據(jù)的分析挖掘提供支撐。

雖然部分電子設(shè)備已有BIT但這些BIT只能檢測(cè)本設(shè)備是否有故障，而對(duì)于系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)關(guān)系引起的關(guān)聯(lián)故障則無法判別，常常引起虛警，為減少虛警，正確定位故障需要基于依存關(guān)系的推理系統(tǒng)。

 

概述

狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建

由于總線上傳送的數(shù)據(jù)量較大，如果實(shí)時(shí)存儲(chǔ)一天就有數(shù)G的數(shù)據(jù)，并且這些數(shù)據(jù)中絕大部分是無效數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)性能分析、故障診斷并無意義。本系統(tǒng)采用基于事件的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式可以有效降低數(shù)據(jù)量，提高資源利用率，后續(xù)數(shù)據(jù)檢索、挖掘的效率也比較高。

圖 2 基于事件的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)原理

狀態(tài)監(jiān)控基本原理如上圖，系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控總線上制動(dòng)踏板狀態(tài)和車速，當(dāng)制動(dòng)踏板狀態(tài)為踩下并且車速大于20公里/小時(shí)，產(chǎn)生剎車事件。當(dāng)事件產(chǎn)生時(shí)采集總線上車速、剎車壓力和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，事件前后各10個(gè)點(diǎn)，間隔0.2秒，并生成狀態(tài)監(jiān)控報(bào)告。事件和狀態(tài)監(jiān)控報(bào)告均存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫。本項(xiàng)目采用PHM系統(tǒng)集成軟件（PIDS）建立狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)模型，流程如下：

• 建立總線通信模型，對(duì)總線通信協(xié)議進(jìn)行描述，RTPS按照該模型對(duì)總線數(shù)據(jù)進(jìn)行解析；
• 建立FMECA模型，對(duì)系統(tǒng)各組成單元的故障模式、故障原因及故障影響進(jìn)行描述，該模型可用于RTPS顯示故障原因等維護(hù)輔助信息，也可用于ALTK生成貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型；
• 通過對(duì)系統(tǒng)原理的分析，建立告警事件模型，對(duì)告警邏輯進(jìn)行描述，用于RTPS監(jiān)控信號(hào)，產(chǎn)生告警；
• 通過對(duì)系統(tǒng)原理的分析，建立事件模型，對(duì)事件邏輯進(jìn)行描述，用于RTPS監(jiān)控信號(hào)產(chǎn)生事件，觸發(fā)生成狀態(tài)監(jiān)控報(bào)告；

• 通過對(duì)系統(tǒng)原理的分析，建立狀態(tài)監(jiān)控報(bào)告，對(duì)采集的信號(hào)、觸發(fā)點(diǎn)位置及采樣點(diǎn)數(shù)進(jìn)行描述；

電子系統(tǒng)故障診斷

電子系統(tǒng)故障診斷的基礎(chǔ)是設(shè)備和系統(tǒng)的測(cè)試性設(shè)計(jì)，即BITE，然而BIT只是解決了故障檢測(cè)問題，故障隔離則需要根據(jù)BIT與故障模式的依存關(guān)系模型進(jìn)行推理。本系統(tǒng)采用測(cè)試性建模與分析軟件建立依存模型，并將其導(dǎo)入PIDS與其它模型一起生成安裝包并部署到RTPS上執(zhí)行。

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