本發(fā)明涉及航空系統(tǒng)檢測，特別是涉及一種飛控伺服作動系統(tǒng)故障識別方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在飛控伺服作動系統(tǒng)使用過程中，由于系統(tǒng)組成單元較多、單元之間的參數(shù)交聯(lián)關(guān)系復(fù)雜，單元故障會造成參數(shù)跳變引起系統(tǒng)輸出異常，因此在系統(tǒng)運(yùn)行過程中需要對設(shè)計參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)故障時可以實(shí)現(xiàn)余度切換、補(bǔ)償?shù)劝踩O(shè)計措施，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2、系統(tǒng)的余度切換等容錯實(shí)現(xiàn)是在參數(shù)監(jiān)控基礎(chǔ)上，對故障行為分析，識別出對應(yīng)的故障單元并開展切換，目前主要采用多信號流圖的形式開展單元故障檢測，當(dāng)故障發(fā)生后進(jìn)行上報，通過控制中心實(shí)現(xiàn)單元的切換，該方法為系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了很大支撐，但對于飛控伺服作動系統(tǒng)，由于其存在機(jī)電液耦合現(xiàn)象，部分故障一方面無法直接進(jìn)行測量，例如電液閥芯的磨損、電液閥與模態(tài)轉(zhuǎn)換閥之間堵塞等造成供壓能力降低等無法直接定位，導(dǎo)致故障發(fā)生后需要直接切除油液通道；另一方面，飛控伺服作動系統(tǒng)故障之間存在耦合失效，隨時間漸變的故障等多種類型，且對于此類故障無法用模型進(jìn)行精確表征，導(dǎo)致故障無法充分識別和分析。結(jié)合以上兩點(diǎn)，傳統(tǒng)的故障識別和定位方法無法有效支撐飛控伺服作動系統(tǒng)對故障的精確定位，潛在故障、耦合故障等無法充分識別，導(dǎo)致飛控伺服作動系統(tǒng)在任務(wù)執(zhí)行過程中存在安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種飛控伺服作動系統(tǒng)故障識別方法及系統(tǒng)，通過對比不可觀測參數(shù)預(yù)測數(shù)據(jù)集和設(shè)定閾值范圍，實(shí)現(xiàn)了對發(fā)生故障的單元進(jìn)行精準(zhǔn)的定位。

2、一種飛控伺服作動系統(tǒng)故障識別方法，其包括：

3、獲取歷史數(shù)據(jù)集；所述歷史數(shù)據(jù)集包括歷史可觀測參數(shù)數(shù)據(jù)集、歷史不可觀測參數(shù)集和歷史系統(tǒng)輸出參數(shù)數(shù)據(jù)集；

4、構(gòu)建故障識別模型，將所述歷史可觀測參數(shù)數(shù)據(jù)集和所述歷史系統(tǒng)輸出參數(shù)數(shù)據(jù)集作為故障識別模型的輸入，將所述歷史不可觀測參數(shù)集作為標(biāo)簽，對所述故障識別模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練好的所述故障識別模型；

5、基于待識別系統(tǒng)的物理架構(gòu)及設(shè)計參數(shù)模型構(gòu)建待識別系統(tǒng)的性能模型；

6、對所述性能模型進(jìn)行敏感性分析，得到識別參數(shù)集；所述識別參數(shù)集包括輸入指令、供油壓力、作動器輸出速度、作動器輸出位移、伺服閥閥芯位移、作動器0點(diǎn)坐標(biāo)值和傳感器增益；

7、對所述識別參數(shù)集進(jìn)行篩選，得到可觀測參數(shù)集和不可觀測參數(shù)集；所述可觀測參數(shù)集包括輸入指令、供油壓力、作動器輸出速度和作動器輸出位移；所述不可觀測參數(shù)集包括伺服閥閥芯位移、作動器0點(diǎn)坐標(biāo)和傳感器增益；

8、基于所述識別參數(shù)集獲取待識別系統(tǒng)的輸入指令數(shù)據(jù)、供油壓力數(shù)據(jù)、作動器輸出速度數(shù)據(jù)、作動器輸出位移數(shù)據(jù)和系統(tǒng)輸出參數(shù)數(shù)據(jù)集；所述系統(tǒng)輸出參數(shù)數(shù)據(jù)集包括系統(tǒng)輸出速度和系統(tǒng)輸出位移；

9、將所述輸入指令數(shù)據(jù)、供油壓力數(shù)據(jù)、作動器輸出速度數(shù)據(jù)、作動器輸出位移數(shù)據(jù)、所述系統(tǒng)輸出速度和所述系統(tǒng)輸出位移輸入到訓(xùn)練好的所述故障識別模型，得到伺服閥閥芯位移預(yù)測值、作動器0點(diǎn)坐標(biāo)值預(yù)測值和傳感器增益預(yù)測值；

10、對所述作動器0點(diǎn)坐標(biāo)值預(yù)測值進(jìn)行判斷，若所述作動器0點(diǎn)坐標(biāo)值預(yù)測值在作動器設(shè)定閾值范圍內(nèi)，則作動器0點(diǎn)坐標(biāo)值所對應(yīng)的待識別系統(tǒng)中的單元正常，若所述作動器0點(diǎn)坐標(biāo)值預(yù)測值超過所述作動器設(shè)定閾值范圍，則作動器0點(diǎn)坐標(biāo)值所對應(yīng)的待識別系統(tǒng)中的單元故障；

11、對所述傳感器增益預(yù)測值進(jìn)行判斷，若所述傳感器增益預(yù)測值在傳感器設(shè)定閾值范圍內(nèi)，則傳感器增益所對應(yīng)的待識別系統(tǒng)中的單元正常，若所述傳感器增益預(yù)測值超過所述傳感器設(shè)定閾值范圍，則傳感器增益所對應(yīng)的待識別系統(tǒng)中的單元故障；

12、對所述伺服閥閥芯位移預(yù)測值進(jìn)行判斷，若所述伺服閥閥芯位移預(yù)測值在伺服閥設(shè)定閾值范圍內(nèi)，則伺服閥閥芯所對應(yīng)的待識別系統(tǒng)中的單元正常，若所述伺服閥閥芯位移預(yù)測值超過所述伺服閥設(shè)定閾值范圍，則伺服閥閥芯所對應(yīng)的待識別系統(tǒng)中的單元故障。

13、可選地，所述性能模型包括輸入指令集、系統(tǒng)輸出參數(shù)集和系統(tǒng)參數(shù)集；

14、所述輸入指令集表達(dá)式為：

15、u＝{u1,u2,…,ui}；

16、所述系統(tǒng)輸出參數(shù)集表達(dá)式為：

17、y＝{y1,y2}；

18、所述系統(tǒng)參數(shù)集表達(dá)式為:

19、x′＝{x′1,x′2,…,x′k}；

20、式中：u表示輸入指令集，y表示系統(tǒng)輸出參數(shù)集，x'表示系統(tǒng)參數(shù)集，i表示輸入指令集的維度數(shù)量，k為系統(tǒng)參數(shù)集的維度數(shù)量，ui表示輸入指令集中的第i個輸入指令，y1表示系統(tǒng)輸出速度，y2表示系統(tǒng)輸出位移，x'k表示系統(tǒng)參數(shù)集中的第k個系統(tǒng)參數(shù)。

21、可選地，所述識別參數(shù)集表達(dá)式為：

22、x＝{x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7}；

23、所述可觀測參數(shù)集表達(dá)式為：

24、xo＝{x1,x2,x3,x4}；

25、所述不可觀測參數(shù)集表達(dá)式為：

26、xuo＝{x5,x6,x7}；

27、式中：x表示識別參數(shù)集，xo表示可觀測參數(shù)集，xuo表示不可觀測參數(shù)集，x1表示輸入指令，x2表示供油壓力，x3表示作動器輸出速度，x4表示作動器輸出位移，x5表示作動器0點(diǎn)坐標(biāo)值，x6表示傳感器增益，x7表示伺服閥閥芯位移。

28、可選地，所述可觀測參數(shù)數(shù)據(jù)集、所述不可觀測參數(shù)數(shù)據(jù)集和所述系統(tǒng)輸出參數(shù)數(shù)據(jù)集均為real型數(shù)據(jù)。

29、本發(fā)明還提供了一種飛控伺服作動系統(tǒng)故障識別系統(tǒng)，其包括：

30、第一數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取歷史數(shù)據(jù)集；所述歷史數(shù)據(jù)集包括歷史可觀測參數(shù)數(shù)據(jù)集、歷史不可觀測參數(shù)集和歷史系統(tǒng)輸出參數(shù)數(shù)據(jù)集；

31、模型訓(xùn)練模塊，用于構(gòu)建故障識別模型，將所述歷史可觀測參數(shù)數(shù)據(jù)集和所述歷史系統(tǒng)輸出參數(shù)數(shù)據(jù)集作為故障識別模型的輸入，將所述歷史不可觀測參數(shù)集作為標(biāo)簽，對所述故障識別模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練好的所述故障識別模型；

32、性能模型模塊，用于基于待識別系統(tǒng)的物理架構(gòu)及設(shè)計參數(shù)模型構(gòu)建待識別系統(tǒng)的性能模型；

33、敏感性分析模塊，用于對所述性能模型進(jìn)行敏感性分析，得到識別參數(shù)集；所述識別參數(shù)集包括輸入指令、供油壓力、作動器輸出速度、作動器輸出位移、伺服閥閥芯位移、作動器0點(diǎn)坐標(biāo)值和傳感器增益；

34、參數(shù)篩選模塊，用于對所述識別參數(shù)集進(jìn)行篩選，得到可觀測參數(shù)集和不可觀測參數(shù)集；所述可觀測參數(shù)集包括輸入指令、供油壓力、作動器輸出速度和作動器輸出位移；所述不可觀測參數(shù)集包括伺服閥閥芯位移、作動器0點(diǎn)坐標(biāo)和傳感器增益；

35、第二數(shù)據(jù)獲取模塊，基于所述識別參數(shù)集獲取待識別系統(tǒng)的輸入指令數(shù)據(jù)、供油壓力數(shù)據(jù)、作動器輸出速度數(shù)據(jù)、作動器輸出位移數(shù)據(jù)和系統(tǒng)輸出參數(shù)數(shù)據(jù)集；所述系統(tǒng)輸出參數(shù)數(shù)據(jù)集包括系統(tǒng)輸出速度和系統(tǒng)輸出位移；

36、數(shù)據(jù)預(yù)測模塊，將所述輸入指令數(shù)據(jù)、供油壓力數(shù)據(jù)、作動器輸出速度數(shù)據(jù)、作動器輸出位移數(shù)據(jù)、所述系統(tǒng)輸出速度和所述系統(tǒng)輸出位移輸入到訓(xùn)練好的所述故障識別模型，得到伺服閥閥芯位移預(yù)測值、作動器0點(diǎn)坐標(biāo)值預(yù)測值和傳感器增益預(yù)測值；

37、第一判斷模塊，對所述作動器0點(diǎn)坐標(biāo)值預(yù)測值進(jìn)行判斷，若所述作動器0點(diǎn)坐標(biāo)值預(yù)測值在作動器設(shè)定閾值范圍內(nèi)，則作動器0點(diǎn)坐標(biāo)值所對應(yīng)的待識別系統(tǒng)中的單元正常，若所述作動器0點(diǎn)坐標(biāo)值預(yù)測值超過所述作動器設(shè)定閾值范圍，則作動器0點(diǎn)坐標(biāo)值所對應(yīng)的待識別系統(tǒng)中的單元故障；

38、第二判斷模塊，對所述傳感器增益預(yù)測值進(jìn)行判斷，若所述傳感器增益預(yù)測值在傳感器設(shè)定閾值范圍內(nèi)，則傳感器增益所對應(yīng)的待識別系統(tǒng)中的單元正常，若所述傳感器增益預(yù)測值超過所述傳感器設(shè)定閾值范圍，則傳感器增益所對應(yīng)的待識別系統(tǒng)中的單元故障；

39、第三判斷模塊，用于對所述伺服閥閥芯位移預(yù)測值進(jìn)行判斷，若所述伺服閥閥芯位移預(yù)測值在伺服閥設(shè)定閾值范圍內(nèi)，則伺服閥閥芯所對應(yīng)的待識別系統(tǒng)中的單元正常，若所述伺服閥閥芯位移預(yù)測值超過所述伺服閥設(shè)定閾值范圍，則伺服閥閥芯所對應(yīng)的待識別系統(tǒng)中的單元故障。

40、可選地，所述性能模型包括輸入指令集、系統(tǒng)輸出參數(shù)集和系統(tǒng)參數(shù)集；

41、所述輸入指令集表達(dá)式為：

42、u＝{u1,u2,…,ui}；

43、所述系統(tǒng)輸出參數(shù)集表達(dá)式為：

44、y＝{y1,y2}；

45、所述系統(tǒng)參數(shù)集表達(dá)式為:

46、x′＝{x′1,x′2,…,x′k}；

47、式中：u表示輸入指令集，y表示系統(tǒng)輸出參數(shù)集，x'表示系統(tǒng)參數(shù)集，i表示輸入指令集的維度數(shù)量，k為系統(tǒng)參數(shù)集的維度數(shù)量，ui表示輸入指令集中的第i個輸入指令，y1表示系統(tǒng)輸出速度，y2表示系統(tǒng)輸出位移，x'k表示系統(tǒng)參數(shù)集中的第k個系統(tǒng)參數(shù)。

48、可選地，所述識別參數(shù)集表達(dá)式為：

49、x＝{x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7}；

50、所述可觀測參數(shù)集表達(dá)式為：

51、xo＝{x1,x2,x3,x4}；

52、所述不可觀測參數(shù)集表達(dá)式為：

53、xuo＝{x5,x6,x7}；

54、式中：x表示識別參數(shù)集，xo表示可觀測參數(shù)集，xuo表示不可觀測參數(shù)集，x1表示輸入指令，x2表示供油壓力，x3表示作動器輸出速度，x4表示作動器輸出位移，x5表示作動器0點(diǎn)坐標(biāo)值，x6表示傳感器增益，x7表示伺服閥閥芯位移。

55、可選地，所述可觀測參數(shù)數(shù)據(jù)集、所述不可觀測參數(shù)數(shù)據(jù)集和所述系統(tǒng)輸出參數(shù)數(shù)據(jù)集均為real型數(shù)據(jù)。

56、本發(fā)明的效果如下：

57、本發(fā)明飛控伺服作動系統(tǒng)故障識別方法，首先基于敏感性分析，得到影響系統(tǒng)輸出的關(guān)鍵參數(shù)，使系統(tǒng)輸出更具針對性和準(zhǔn)確性，并進(jìn)行篩選，得到可觀測參數(shù)和不可觀測參數(shù)，進(jìn)一步結(jié)合訓(xùn)練好的故障識別模型，對待識別系統(tǒng)的不可觀測參數(shù)集進(jìn)行預(yù)測，得到不可觀測參數(shù)預(yù)測數(shù)據(jù)集，基于不可觀測參數(shù)數(shù)據(jù)集得到設(shè)定閾值范圍，基于設(shè)定閾值范圍對不可觀測參數(shù)預(yù)測數(shù)據(jù)集進(jìn)行判斷，得到刮胡子那個識別結(jié)果，對發(fā)生故障的單元進(jìn)行準(zhǔn)確定位，避免了失效耦合、參數(shù)關(guān)聯(lián)不明確等問題。