用于預(yù)兆和健康管理的基于極限的閾值估計的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]當(dāng)今廣泛使用各種復(fù)雜裝置。許多這些裝置具有指示裝置是否功能正常或者是否可能存在裝置運行問題的各種運行參數(shù)。例如，燃料電池系統(tǒng)具有用于某些性能變量的具體閾值極限。例如，在可接受運行條件期間存在用于燃料電池系統(tǒng)的各個部分的溫度極限。同樣存在用于許多燃料電池系統(tǒng)的輸出電壓或電流的極限。
【背景技術(shù)】
[0002]顯著研宄致力于預(yù)兆和健康管理(PHM)以及主成分分析(PCA)，用于檢測裝置何時在離開預(yù)期或期望運行狀態(tài)的條件下運行。該方法的一個限制是關(guān)于裝置的正?；蚧€運行而不是基于運行參數(shù)閾值極限的分析來完成分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)實施例，監(jiān)測裝置運行的方法包括確定指示裝置的運行條件的多個運行參數(shù)。確定每個運行參數(shù)與該參數(shù)的對應(yīng)極限之間的差。每個極限指示對應(yīng)于裝置的非期望運行條件的對應(yīng)運行參數(shù)的值。至少基于所確定的差的最小一個確定活動指數(shù)。確定活動指數(shù)是否位于對應(yīng)于裝置的期望運行的范圍內(nèi)。
[0004]根據(jù)實施例，監(jiān)測裝置運行的系統(tǒng)包括多個檢測器，該檢測器提供指示裝置運行條件的運行參數(shù)的相應(yīng)指示。系統(tǒng)包括處理器，該處理器被配置為確定每個運行參數(shù)與該參數(shù)的對應(yīng)極限之間的差。每個極限指示對應(yīng)于裝置的非期望運行條件的對應(yīng)運行參數(shù)的值。將處理器配置為至少基于所確定的差的最小一個確定活動指數(shù)。將處理器配置為確定該活動指數(shù)是否處于對應(yīng)于裝置的期望運行的范圍內(nèi)。
[0005]從下列詳細(xì)描述中所公開的示例性實施例的各種特征和優(yōu)點對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將變得顯而易見。如下可簡要描述伴隨詳細(xì)描述的圖例。
【附圖說明】
[0006]圖1示意性地示出用于監(jiān)測示例裝置運行的系統(tǒng)。
[0007]圖2是概述示例方法的流程圖。
[0008]圖3以圖形示出活動指數(shù)和與活動指數(shù)相關(guān)的關(guān)閉極限之間的關(guān)系。
【具體實施方式】
[0009]圖1示意性示出用于監(jiān)測裝置30運行的系統(tǒng)20。不必要將所公開的系統(tǒng)以及該描述的方法限定于任意特定裝置30。在圖示的示例中，裝置30包括燃料電池發(fā)電廠。出于討論目的，示出示例燃料電池發(fā)電廠的所選部分。電池堆組件(CSA) 32包含以已知方式產(chǎn)生電力的多個燃料電池。燃料34的源向CSA 32供電。冷卻劑組件36選擇性地提供冷卻劑用于以已知方式控制CSA的溫度。
[0010]用于監(jiān)測裝置30運行的系統(tǒng)20包括多個傳感器或檢測器，安置該傳感器或檢測器以便檢測多個提供關(guān)于裝置30的運行條件的指示的運行參數(shù)。在圖示的示例中，溫度傳感器40提供來自CSA 32的排氣溫度的指示。另一檢測器42提供CSA 32內(nèi)的電壓或溫度的指示。另一檢測器44向CSA32提供由燃料供電系統(tǒng)34提供的關(guān)于燃料內(nèi)容物或量的指示。另一檢測器46提供關(guān)于冷卻系統(tǒng)36的信息，諸如關(guān)于冷卻劑溫度或冷卻劑內(nèi)的特定成分的濃度的信息。另一檢測器48提供離開CSA 32的冷卻劑溫度的指示。
[0011]給定該描述，處理所關(guān)注的特定裝置的本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠配置一組檢測器來提供必要的運行參數(shù)信息用于監(jiān)測他們所處理的裝置的運行條件。出于討論目的，提供圖示的檢測器。不一定將所公開的示例性實施例限制于檢測器的任意特定裝置或任意特定布置。
[0012]處理器50從檢測器40-48收集信息用于監(jiān)測裝置30的運行條件?；谕ㄟ^處理器50作出的確定，通過用戶接口 52向用戶提供輸出。該輸出可以是可視或可聽警報或存在調(diào)整或關(guān)閉裝置30運行的理由的某個指示。取決于特定裝置和正被監(jiān)測的條件，可定制由用戶接口 52提供的輸出以滿足特定情況的需要。
[0013]圖2包括概述用于監(jiān)測圖1中裝置30的運行條件的示例方法的流程圖60。在62處確定多個運行參數(shù)。這通過從檢測器40-48收集信息并且在處理器50內(nèi)處理它們而進行以便將檢測器信息放置到可用形式中。在64處，確定關(guān)于每個運行參數(shù)和對應(yīng)極限之間的距離。在一個示例中，將距離確定為在通過對應(yīng)檢測器指示的運行參數(shù)值和對該特定參數(shù)確定的極限之間的歐氏距離。在如示例裝置30的燃料電池的情況中，在裝置30內(nèi)存在各種部件溫度的極限?；陉P(guān)于可接受運行參數(shù)的已知信息確定溫度的可接受極限，以便確保裝置30的正常運行并且促進實現(xiàn)裝置的期望壽命。給定特定裝置30，將已知或可確定所討論的運行參數(shù)的特定極限來滿足特定情況的需要。
[0014]從先前PHM技術(shù)出發(fā)的所公開示例的一種方式是確定運行參數(shù)和該參數(shù)的極限之間的差或距離，而不是確定所觀測的運行參數(shù)與該參數(shù)的基線或期望值相差多少。采用所公開的示例，考慮到在運行參數(shù)和其對應(yīng)極限之間的距離或差，允許獲取條件的預(yù)先警報，其可導(dǎo)致關(guān)閉裝置30的運行的期望或需要。例如在必須將其關(guān)閉之前，獲取早期警報使得尋址裝置30的條件更主動。采用所公開示例的方法的另一特征是其允許設(shè)定在運行參數(shù)上設(shè)置極限的閾值更寬松。對于其中當(dāng)滿足特定參數(shù)的極限時將關(guān)閉裝置的情況，必須嚴(yán)格設(shè)定那些極限以避免裝置的災(zāi)難性故障。采用本公開示例的方法并且獲取接近該參數(shù)極限的運行參數(shù)的早期警報，提供設(shè)定閾值的更多余地，因為這可以在滿足該特定的絕對閾值之前尋址裝置的運行條件。
[0015]一旦確定每個運行參數(shù)和其對應(yīng)極限之間的距離，處理器50就確定那些距離中哪個是最小的。換言之，處理器50識別哪個運行參數(shù)最接近參數(shù)的極限。
[0016]在66處，至少基于所確定距離中的最小一個確定活動指數(shù)。在一個示例中，活動指數(shù)包括關(guān)閉指數(shù)。對于其中出于關(guān)閉裝置以避免故障的目的而監(jiān)測裝置運行的情況，活動指數(shù)提供關(guān)于采取行動來關(guān)閉裝置的信息。存在諸如冷卻劑更換指數(shù)，再充電指數(shù)，燃料調(diào)節(jié)指數(shù)等其它可能的活動指數(shù)。
[0017]在一個示例中，基于修正的觀測值確定活動指數(shù)。通過使所觀測的運行參數(shù)值和該值與對應(yīng)極限之間的加權(quán)歐氏距離合并，修正每個所觀測的運行參數(shù)。換言之，將每個運行參數(shù)的歐氏距離乘以權(quán)重并且然后與所觀測的參數(shù)值合并。在一個示例中，將加權(quán)歐氏距離加入所觀測的運行參數(shù)值以獲取修正值。
[0018]對于出于獲取修正的運行參數(shù)值的目的設(shè)定距離的加權(quán)，確定在運行參數(shù)和它們的對應(yīng)極限之間距離中的最小距離是有用的。在一個示例中，最小的距離被最顯著加權(quán)。以該方式，當(dāng)修正的運行參數(shù)值用于確定活動指數(shù)時，最靠近其對應(yīng)極限的運行參數(shù)對活動指數(shù)有最顯著的影響。
[0019]在一個示例中，作為所確定距離中的最小距離的歐氏距離接收近似I的權(quán)重，并且所有其它歐氏距離采用因子O加權(quán)。
[0020]在一個示例中使用下列關(guān)系計算活動指數(shù)
[0021]活動指數(shù)=(xSD-x)P λ Pt (xSD-x)T
[0022]其中(fi)是在修正的觀測值和那些值的對應(yīng)極限之間的距離的向量矩陣；P是包含每個運行參數(shù)的正?；蚱谕\行值的主成分向量矩陣；λ是主成分特征值的對角矩陣；ΡΤ是主成分向量矩陣的轉(zhuǎn)置；以及(Isd-1)τ是在修正的運行參數(shù)值和那些運行參數(shù)的對應(yīng)極限之間距離的向量矩陣的轉(zhuǎn)置。P的含義的進一