一種用于航天動力系統(tǒng)實時故障檢測的綜合決策方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于航天動力系統(tǒng)實時故障檢測的綜合決策方法，包括以下步驟：步驟一：統(tǒng)計各種故障檢測算法在離線考核驗證過程中的先驗結果信息；步驟二：計算綜合決策結果:對于試車試驗中應用多種故障檢測算法的結果，利用步驟一中的先驗結果信息估計最優(yōu)結果，給出決策結果；步驟三：估計故障時間:通過試驗得到各種故障檢測算法的時間樣本，對時間樣本進行偏差分析計算診斷時間概率進而對故障診斷時間進行估計。本發(fā)明的方法具有提高實時故障檢測的準確性和可靠性的優(yōu)點。
【專利說明】-種用于航天動力系統(tǒng)實時故障檢測的綜合決策方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明具體設及航天動力系統(tǒng)故障檢測領域，特指一種應用于航天動力系統(tǒng)工作 過程實時故障檢測的綜合決策方法。

【背景技術】
[0002] 發(fā)展航天，動力先行，航天動力系統(tǒng)是運載火箭等航天運輸工具W及衛(wèi)星、空間站 等航天器系統(tǒng)的動力裝置，其安全可靠運行對確保航天發(fā)射任務成功W及順利開展載人航 天、探月工程等大型航天活動，至關重要。
[0003] 航天動力系統(tǒng)結構工況復雜，機械-流體-熱動力多種工作形式高度非線性禪合， 而且由于高溫、高壓、強腐蝕、高密度能量釋放的惡劣極致工作條件，其具有故障易發(fā)難控、 發(fā)生發(fā)展速度快、破壞性大等特點。根據(jù)文獻《液體火箭推進增壓輸送系統(tǒng)》的統(tǒng)計，發(fā)動 機作為運載火箭的核屯、動力裝置，由其故障造成的航天任務失敗占到22%。
[0004] 航天動力系統(tǒng)實時故障檢測是提高航天動力系統(tǒng)可靠性和安全性，確保航天任務 成功的重要前提和基礎。其一方面可基于航天動力系統(tǒng)工作過程中實際測量的數(shù)據(jù)信息， 對動力系統(tǒng)是否發(fā)生故障做出及時、可靠的判斷，另一方面其結果是采取緊急關機、調節(jié)工 作狀態(tài)等故障控制措施的重要決策依據(jù)。
[0005] 航天動力系統(tǒng)實時故障檢測主要包括信號處理、數(shù)學模型、人工智能S種類型。然 而，上述方法由于其基本原理、適用范圍W及建立的判斷準則等的不同，其對航天動力系統(tǒng) 故障檢測的結果（包括檢測到故障的時間W及對是否發(fā)生故障做出的判斷）也不盡相同， 因而很難為航天動力系統(tǒng)工作狀態(tài)的判斷W及是否采取故障控制措施提供一致有用的決 策信息。為此，文獻《O'Reilly D. System for Anomaly and Failure Detection(SAFT)) System Development (Final R巧ort)》（NASA CP-193907, 1993)義用一種聯(lián)合應用多種故 障檢測方法的綜合狀態(tài)決策方法。但該方法主要采用投票表決的方式，即多種故障檢測方 法W少數(shù)服從多數(shù)的方法進行表決。文獻《液體火箭發(fā)動機實時故障檢測與報警原型系統(tǒng) 的設計與實現(xiàn)》（火箭推進，2005, 3U8) :21-25)對投票方法進行了改進，W紅線關機方法 作為最底限，即當紅線關機方法檢測到故障時，不管其余方法是否已經(jīng)檢測出故障，均判斷 發(fā)動機出現(xiàn)故障?？蒞看出，該方法一方面賦予了紅線關機方法極高的表決權力，因此，一 旦紅線關機方法給出錯誤結果，則整個綜合狀態(tài)決策方法也將做出錯誤的判斷；另一方面， 則對其余方法賦予了同等的表決權力，而并未考慮該些方法在應用過程中的實際表現(xiàn)和能 力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為克服現(xiàn)有方法的不足，本發(fā)明提供一種提高實時故障檢測的準確性和可靠性的 應用于航天動力系統(tǒng)工作過程實時故障檢測的綜合決策方法。
[0007] 一種用于航天動力系統(tǒng)實時故障檢測的綜合決策方法，包括W下步驟：
[000引步驟一：統(tǒng)計各種故障檢測算法在離線考核驗證過程中的先驗結果信息；
[0009] 步驟二：計算綜合決策結果：對于試車試驗中應用多種故障檢測算法的結果，利 用步驟一中的先驗結果信息估計最優(yōu)結果，給出決策結果；
[0010] 步驟估計故障時間：通過試驗得到各種故障檢測算法的時間樣本，對時間樣 本進行偏差分析計算診斷時間概率進而對故障診斷時間進行估計。
[0011] 優(yōu)選地，步驟一中統(tǒng)計各種故障檢測算法在離線考核驗證過程中的先驗結果信息 的過程如下：
[0012] a、其中共計使用m組航天動力系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)對檢測方法Xi進行離線考核驗證， 其中，有叫1組考核驗證結果屬于Y 1，有叫2組考核驗證結果屬于Y 2,有叫3組考核驗證結果 屬于Ys，有叫4組考核驗證結果屬于Y 4，（mii+mn+mu+mi4= m)，在檢測結果中，計算得到屬于 Yi的百分比為^xlOO%，記為R化IX)，屬于Y2的百分比為^xlOO%，記為R^IX)，屬于 Ys的百分比為100%，記為R化I幻，屬于Y4的百分比為100%，記為R化I幻，并有
[0013] R (Yi I 幻 +R 炸21 幻 +R 炸31 幻 +R (Yj 幻=1 (1)
[0014] b、對所有n種故障檢測算法分別計算其結果，并寫成矩陣的形式，有：
[0015]

【權利要求】
1. 一種用于航天動力系統(tǒng)實時故障檢測的綜合決策方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟一：統(tǒng)計各種故障檢測算法在離線考核驗證過程中的先驗結果信息； 步驟二：計算綜合決策結果：對于試車試驗中應用多種故障檢測算法的結果，利用步 驟一中的先驗結果信息估計最優(yōu)結果，給出決策結果； 步驟三：估計故障時間：通過試驗得到各種故障檢測算法的時間樣本，對時間樣本進 行偏差分析計算診斷時間概率進而對故障診斷時間進行估計。
2. 根據(jù)權利要求1所述的用于航天動力系統(tǒng)實時故障檢測的綜合決策方法，其特征在 于，步驟一中統(tǒng)計各種故障檢測算法在離線考核驗證過程中的先驗結果信息的過程如下： a、其中共計使用m組航天動力系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)對檢測方法Xi進行離線考核驗證，其 中，有mn組考核驗證結果屬于Yi，有mi2組考核驗證結果屬于Y2，有mi3組考核驗證結果屬 于Y3，有mi4組考核驗證結果屬于Y4，（mn+mi2+mi3+mi4=m)，在檢測結果中，計算得到屬于Y丄
式（2)中，第i(i=l，...，n)行的元素表示了在檢測方法Xi的離線考核驗證結果中， 屬于YpY2、Y3、Y4的比例分布；第j(j= 1，2, 3, 4)列的元素則表示了各故障檢測算法的考 核驗證結果在情形Yj中的比例分布情況； 其中當系統(tǒng)工作狀態(tài)正常，檢測方法的故障檢測結果也為"正常"，此類情形表示檢測 方法對航天動力系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)沒有做出錯誤判斷，記為Y1; 當系統(tǒng)工作狀態(tài)正常，而故障檢測算法的故障檢測結果為"故障"，此類情形表示故障 檢測算法對航天動力系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)做出了錯誤判斷，即"誤檢"，記為Y2; 當系統(tǒng)工作過程中出現(xiàn)故障，而故障檢測算法的故障檢測結果為"正常"，此類情形表 示故障檢測算法未能檢測到航天動力系統(tǒng)工作過程中的故障，即"漏檢"，記為Y3; 當系統(tǒng)工作過程中出現(xiàn)故障，故障檢測算法的故障檢測結果也為"故障"，此類情形表 示故障檢測算法能正確檢測到航天動力系統(tǒng)工作過程中的故障，記為Y4。
3. 根據(jù)權利要求1所述的用于航天動力系統(tǒng)實時故障檢測的綜合決策方法，其特征在 于，步驟二中所述的計算綜合決策結果的過程如下： 對式（2)中的矩陣每列元素相乘有
由式（1)中各個所求的值有下述方程：
其中，j= 1，2, 3, 4,計算出最大修正值，與之相對應的Yj即為綜合決策的結果。
4.按照權利要求1所述的用于航天動力系統(tǒng)實時故障檢測的綜合決策方法，其特征在 于，步驟三中所述估計故障時間的過程如下： 同時應用n種故障檢測方法X1,X2，…，Xn，經(jīng)過k次試驗方法X1檢測出故障的時間 為Tl^Tl2、…、Tlk，方法X2檢測出故障的時間為T2pT22、…、T2k，以此類推方法X1^ 測出故障的時間為TnnTn2、…、Tnk，當其中某種方法沒有檢測出故障時，設其時間為 〇，由檢測時間組成的時間向量為心1=[7飛刀^_，7']，7:\:=[7'2 |.「2^_.7_2<]，...， 7' =[7<7)v.7X]，設由檢測時間組成的矩陣表示為：
對于矩陣T中的每一個列向量找出最大的一個元素，例如Tl1ST2 Tn:則構造
對于某一次故障檢測，設X1方法檢測出故障的時間為tp乂2方檢測出故障的時間為 t2，…，Xn方檢測出故障的時間為tn，其中t2<…彡tn，構造矩陣
對于矩陣t第一行1，0,…，O表示方法^在^時刻監(jiān)測到故障，此時方法x2、x3、…、Xn沒有檢測出故障用O表示，同樣道理矩陣t第二行1，1，…，O表示12時刻方法X:與X2檢 測到故障方法其他方法沒有檢測到故障，t的第三行1，1，1，0，…，O表示在t3時刻Xi、x2、 X3三種方法都檢測到了故障，其它方法沒有檢測到故障，矩陣t其它各行情況以此類推；
【文檔編號】G05B23/02GK104503435SQ201410725350
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月3日 優(yōu)先權日:2014年12月3日
【發(fā)明者】吳建軍, 聶僥, 劉洪剛, 程玉強, 黃強, 李艷軍, 彭小輝 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學