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飛機嵌入式實時診斷推理算法試驗方法與流程

文檔序號:12360831閱讀:198來源:國知局
飛機嵌入式實時診斷推理算法試驗方法與流程

本發(fā)明涉及飛機故障診斷領域,特別是一種飛機嵌入式實時診斷推理算法試驗方法。



背景技術:

隨著新型飛機功能復雜度和系統(tǒng)復雜度的提升,針對其各系統(tǒng)的故障診斷與健康管理系統(tǒng)也越來越復雜。同時,飛機健康管理系統(tǒng)對診斷推理過程的精度與效率提出了更高的要求。因此在研制階段,設計人員需要面對更高的性能要求,這給研制生產帶來了更多的困難。

針對機載設備進行故障診斷是一項涉及多設備的技術,從針對被測設備進行數(shù)據(jù)采集,到將設備狀態(tài)信息匯入?yún)^(qū)域級管理器進行診斷處理,直到最后將診斷結果發(fā)送到地面進行相關的維護保養(yǎng)決策。這個過程對于相應的診斷推理引擎算法提出了高實時性要求,因此在地面的診斷推理算法研發(fā)階段,設計人員需要對算法進行多次的試驗驗證,以滿足設計要求。為了在機載嵌入式診斷系統(tǒng)的研制階段,開展實施診斷設計的試驗分析工作,及時有效的發(fā)現(xiàn)設計缺陷并進行優(yōu)化調整,進行飛機嵌入式實時診斷設計的試驗分析系統(tǒng)研制十分必要。



技術實現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的是提供一種對飛機嵌入式實時診斷推理算法進行試驗方法,以便得到有效和可靠的飛機嵌入式實時診斷推理算法。

本發(fā)明的飛機嵌入式實時診斷推理算法試驗方法的一個實施例包括:

主控裝置對待驗證診斷推理算法進行注冊;

主控裝置將經過注冊的待驗證診斷推理算法整合到嵌入式目標機中;

數(shù)據(jù)模擬裝置根據(jù)主控裝置發(fā)出的注入實際故障數(shù)據(jù)的故障注入指令,從試驗臺故障注入系統(tǒng)獲得相應的實際故障數(shù)據(jù);

所述嵌入式目標機利用所述待驗證診斷推理算法對所述實際故障數(shù)據(jù)進行推理計算,將計算結果發(fā)送給主控裝置;

主控裝置通過分析所述計算結果,對所述待驗證診斷推理算法的性能進行評價。

優(yōu)選地,所述的利用待驗證診斷推理算法對所述實際故障數(shù)據(jù)進行推理計算包括:接收所述主控裝置的任務要求;根據(jù)所述任務要求,從所述數(shù)據(jù)模擬裝置中讀入相應的實際故障數(shù)據(jù);利用所述待驗證診斷推理算法對所述相應的實際故障數(shù)據(jù)進行計算。

優(yōu)選地,所述的主控裝置通過分析所述計算結果,對所述待驗證診斷推理算法的性能進行評價包括:將所述計算結果中的故障類型數(shù)量與所述故障注入指令所涉及的故障類型數(shù)量進行匹配處理;按照匹配處理的匹配程度,評價所述待驗證診斷推理算法的性能。

優(yōu)選地,所述的利用待驗證診斷推理算法對所述實際故障數(shù)據(jù)進行推理計算包括:接收所述數(shù)據(jù)模擬裝置轉發(fā)的來自所述主控裝置的計算資源的包含擠占等級的擠占指令;根據(jù)所述擠占指令中的擠占等級,設定機載計算環(huán)境中非診斷推理算法對于計算資源的擠占比例;在按照所述擠占比例分別為非診斷推理算法和待驗證診斷推理算法分配相應計算資源的情況下,得到計算資源被擠占時待驗證診斷推理算法的解算效率和能力,并將其發(fā)送給主控裝置。

優(yōu)選地,所述的主控裝置通過分析所述計算結果,對所述待驗證診斷推理算法的性能進行評價包括:將所述計算結果中的故障類型數(shù)量與所述故障注入指令所涉及的故障類型及數(shù)量進行匹配處理;按照匹配處理的匹配程度以及計算資源被擠占時待驗證診斷推理算法的解算效率和能力,評價所述待驗證診斷推理算法的性能。

優(yōu)選地,所述主控裝置與所述數(shù)據(jù)模擬裝置及所述嵌入式目標機通過局域網傳輸進行通信,所述數(shù)據(jù)模擬裝置與所述嵌入式目標機通過光纖進行通信。

優(yōu)選地,所述的得到計算資源被擠占時待驗證診斷推理算法的解算效率和能力包括:對每次的診斷推理任務運行期間的軟硬件資源占用情況進行統(tǒng)計;通過插樁的方式在程序中加入監(jiān)控點,最終將各位置信息進行匯總統(tǒng)計得到任務運行期間的性能監(jiān)控信息。

優(yōu)選地,所述的為非診斷推理算法分配相應計算資源是通過運行等效計算程序實現(xiàn)的。

優(yōu)選地,所述等效計算程序的運行優(yōu)先級高于待驗證診斷推理算法的運行優(yōu)先級,以便根據(jù)所述主控裝置的擠占指令,優(yōu)先運行待驗證診斷推理算法。

優(yōu)選地,所述計算資源擠占包括運行所述等效計算程序的線程的CPU占用率和內存占用率。

本發(fā)明的有益效果是,通過在地面驗證飛機嵌入式診斷推理算法,可以提高飛機嵌入式診斷推理算法的驗證效率,加快飛機嵌入式診斷推理算法的開發(fā),并且可以大幅降低飛機嵌入式診斷推理算法的驗證成本。

下面結合附圖對本發(fā)明的技術內容及其效果進行詳細說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的飛機嵌入式實時診斷推理算法試驗系統(tǒng)的示意圖;

圖2是本發(fā)明的飛機嵌入式實時診斷推理算法試驗系統(tǒng)的硬件架構圖;

圖3是本發(fā)明的數(shù)據(jù)模擬器的硬件架構圖;

圖4是本發(fā)明的嵌入式目標機的硬件架構圖;

圖5是本發(fā)明的飛機嵌入式診斷推理算法試驗系統(tǒng)的軟件架構圖;

圖6是本發(fā)明的飛機嵌入式診斷推理算法試驗系統(tǒng)的主控裝置的軟件架構圖;

圖7是本發(fā)明的數(shù)據(jù)模擬器的硬件架構圖;

圖8是本發(fā)明的嵌入目標機的軟件架構圖;

圖9是本發(fā)明的飛機嵌入式實時診斷推理算法試驗方法第一實施例的示意圖;

圖10是本發(fā)明的飛機嵌入式實時診斷推理算法試驗方法第二實施例的示意圖;

圖11是本發(fā)明的飛機嵌入式實時診斷推理算法試驗方法第三實施例的示意圖。

具體實施方式

圖1顯示了本發(fā)明的飛機嵌入式實時診斷推理算法試驗系統(tǒng),如圖1所示,該系統(tǒng)包括:

主控裝置,用于對待驗證診斷推理算法進行注冊,將經過注冊的待驗證診斷推理算法整合到嵌入式目標機中,并發(fā)出生成故障數(shù)據(jù)的故障生成指令;

數(shù)據(jù)模擬裝置,用于根據(jù)主控裝置的發(fā)出的故障生成指令,生成相應的故障數(shù)據(jù);

嵌入式目標機,通過運行所述待驗證診斷推理算法,對所述故障數(shù)據(jù)進行推理計算,并將計算結果發(fā)送給主控裝置;

其中,所述主控裝置通過分析所述計算結果,對所述待驗證診斷推理算法的性能進行評價;

其中,所述的故障生成指令為仿真故障生成指令或者實際故障注入指令或者歷史故障讀出指令,所述故障數(shù)據(jù)是根據(jù)所述仿真故障生成指令生成的仿真故障數(shù)據(jù)或者根據(jù)實際故障注入指令從試驗臺故障注入系統(tǒng)獲得的相應實際故障數(shù)據(jù)或者根據(jù)歷史故障讀出指令從歷史故障數(shù)據(jù)庫中讀出的相應歷史故障數(shù)據(jù)。

上述的嵌入式目標機包括:用于從主控裝置接收任務要求的接收模塊,比如接口模塊;用于根據(jù)所述任務要求從所述數(shù)據(jù)模擬裝置中讀入相應的故障數(shù)據(jù)的讀取模塊,比如;用于利用待驗證診斷推理算法對所述相應的故障數(shù)據(jù)進行計算的計算模塊。

上述的主控裝置包括:用于將所述計算結果中的故障類型數(shù)量與所述故障指令所涉及的故障類型及數(shù)量進行匹配處理的匹配處理模塊;用于按照匹配處理的匹配程度,評價所述待驗證診斷推理算法的性能的評價模塊。

上述的嵌入式目標機還包括計算機資源擠占模塊,該計算機資源擠占模塊用于:接收所述主控裝置發(fā)出的用于擠占計算資源的擠占指令;根據(jù)所述擠占指令包含的擠占等級,設定機載計算環(huán)境中非診斷推理算法對于計算資源的擠占比例;在按照所述擠占比例分別為非診斷推理算法和待驗證診斷推理算法分配相應計算資源的情況下,得到計算資源被擠占時待驗證診斷推理算法的解算效率和能力,并將其發(fā)送給主控裝置。

上述主控裝置的匹配處理模塊將所述計算結果中的故障類型數(shù)量與所述故障指令所涉及的故障類型數(shù)量進行匹配處理;主控裝置的評價模塊按照匹配處理的匹配程度以及計算資源被擠占時待驗證診斷推理算法的解算效率和能力,評價所述待驗證診斷推理算法的性能。

上述的故障仿真模型對液壓伺服系統(tǒng)的故障進行模擬,生成包括電子放大器增益突變、電子放大器增益緩變以及液壓缸內泄露的故障數(shù)據(jù)。

上述的擠占模塊通過以下處理,得到計算資源被擠占時待驗證診斷推理算法的解算效率和能力:

對每次的診斷推理任務運行期間的軟硬件資源占用情況進行統(tǒng)計;

通過插樁的方式在程序中加入監(jiān)控點,最終將各位置信息進行匯總統(tǒng)計得到任務運行期間的性能監(jiān)控信息。

本發(fā)明為非診斷推理算法分配相應計算資源是通過運行等效計算程序實現(xiàn)的。其中,等效計算程序的運行優(yōu)先級高于待驗證診斷推理算法的運行優(yōu)先級,以便根據(jù)所述主控裝置的擠占指令,優(yōu)先運行待驗證診斷推理算法。

本發(fā)明所述的計算資源擠占包括運行所述等效計算程序的線程的CPU占用率和內存占用率。

下面結合附圖對本發(fā)明的飛機嵌入式實時診斷推理算法試驗系統(tǒng)的功能、硬件架構、軟件架構進行詳細說明。需要指出的是,這些說明僅僅用于解釋本發(fā)明,而不是用來限定本發(fā)明。

主控裝置從功能上可以分為運行任務配置功能模塊、任務運行狀態(tài)監(jiān)測與控制模塊、驗證評價功能模塊以及作為嵌入式目標機上位機進行嵌入式目標機相關配置監(jiān)測操作。數(shù)據(jù)模擬裝置從功能可以分為進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)仿真、數(shù)據(jù)管理以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸讉€模塊。嵌入目標機作為對機載計算環(huán)境的模擬,其擔負著運行待驗證診斷推理算法、等效資源占用計算任務及任務運行狀態(tài)監(jiān)控的任務。

主控裝置作為試驗分析系統(tǒng)的任務發(fā)起端和控制端,首先需要進行的是運行任務的配置。任務運行配置需要對當前建立的試驗分析任務進行必要的設置。試驗分析系統(tǒng)支持通過數(shù)據(jù)庫進行待驗證對象及算法的管理、索引工作。在任務運行之前,需要先對待驗證對象及相應的算法進行注冊,提供待測試對象的名稱、型號和建模/運行工況,待試驗分析的算法功能、算法名稱、驗證指標和算法模型名稱。在上述具體的對象信息確認之后,每次進行任務新建操作之前,針對待試驗分析的對象輸入每次任務的詳細信息,完成任務的新建。

任務運行狀態(tài)監(jiān)測與控制模塊實現(xiàn)在任務運行的過程中,監(jiān)測任務運行的階段并通過交互界面進行反饋,同時提供實時控制任務運行狀態(tài)的權限和功能,進行任務繼續(xù)或停止的操作。在任務運行狀態(tài)監(jiān)測與控制模塊中,通過用戶交互界面還能顯示當前任務隊列狀態(tài),并支持選擇不同的當前運行任務進行控制。

驗證評價功能模塊實現(xiàn)對待試驗分析診斷推理算法的性能評估能力、故障診斷能力以及故障預測能力的分析評價,通過根據(jù)所選取的驗證算法的不同分別選擇度量評價指標進行驗證分析,最后將結果與規(guī)定值進行對比進行合格判定,得出驗證分析結論。

主控部分同時作為嵌入式實時處理機的上位機,需要通過Workbench環(huán)境對嵌入式目標機中的嵌入式實時操作系統(tǒng)Vxworks進行配置、下裝等操作。在操作系統(tǒng)配置完成的基礎之上,在任務信息數(shù)據(jù)庫中注冊的診斷推理算法需要在滿足試驗分析系統(tǒng)相關要求的前提下,在Workbench環(huán)境中完成調試之后,加入到嵌入式實時處理機的算法庫中,形成與任務信息數(shù)據(jù)庫中的對應以支持試驗分析任務的調用要求。

當前試驗分析系統(tǒng)主要是針對飛機機電系統(tǒng)和航電系統(tǒng)進行診斷推理算法的驗證分析,因此數(shù)據(jù)模擬裝置主要基于上述對象的數(shù)據(jù)采集與生成方式進行設計,包含旋轉試驗臺數(shù)據(jù)采集、液壓伺服系統(tǒng)仿真數(shù)據(jù)生成、典型航電系統(tǒng)對象狀態(tài)圖仿真模型數(shù)據(jù)生成以及公開數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)獲取方式。

從功能劃分角度來說,數(shù)據(jù)模擬裝置需要具備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)仿真、數(shù)據(jù)管理以及數(shù)據(jù)傳輸功能,其中數(shù)據(jù)采集功能需要通過數(shù)據(jù)采集硬件支持,當前的數(shù)據(jù)采集通過傳感器從試驗臺故障注入系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集,傳感器采集到的信號通過數(shù)據(jù)采集卡傳送到數(shù)據(jù)模擬裝置中進行存儲。數(shù)據(jù)仿真通過提供仿真軟件環(huán)境,為機電系統(tǒng)和航電系統(tǒng)仿真對象故障注入提供軟件環(huán)境,生成故障數(shù)據(jù),在監(jiān)測與診斷數(shù)據(jù)模擬器中進行存儲。數(shù)據(jù)管理為上述采集或仿真生成數(shù)據(jù)提供數(shù)據(jù)文件管理或數(shù)據(jù)庫管理環(huán)境進行數(shù)據(jù)建檔等操作,記錄數(shù)據(jù)相關信息(采集時間、工況、采樣率、采樣時間等)。同時,在進行數(shù)據(jù)建檔操作的基礎上,能通過從主控裝置接收到的數(shù)據(jù)生成命令,從數(shù)據(jù)庫中提取相應的數(shù)據(jù)并生成符合格式要求的數(shù)據(jù)文件。數(shù)據(jù)傳輸是指支持數(shù)據(jù)模擬裝置與嵌入式目標機之間通過光纖網卡將生成的符合任務要求的數(shù)據(jù)進行傳輸。

此外,數(shù)據(jù)模擬裝置需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)校驗的功能,通過從主控裝置接收的預采樣指令,將要求的數(shù)據(jù)加載到數(shù)據(jù)庫中,通過人為校驗數(shù)據(jù)格式、完整性及正確性等相應技術要求,生成數(shù)據(jù)校驗結果報告,通過與主控計算機的多次交互校驗,得到正確完善的故障數(shù)據(jù)文件。

嵌入式目標機從功能上劃分主要分為三部分,分別為運行待驗證診斷推理算法、等效資源占用計算任務及任務運行狀態(tài)監(jiān)控。

待驗證診斷推理算法在上位機的Workbench環(huán)境中通過編譯調試,成為符合驗證系統(tǒng)要求的規(guī)整化診斷推理引擎,并將程序整合到嵌入式目標機整體程序框架下以支持調用。嵌入式目標機通過解析由監(jiān)測與診斷數(shù)據(jù)模擬器轉發(fā)的任務要求,將待處理數(shù)據(jù)讀入,調用要求的算法進行計算得到計算結果。等效資源占用計算任務的引入是為了還原真實機載計算環(huán)境中非診斷推理算法對于計算資源的擠占,通過解析任務要求中的占用等級來設定資源擠占的比例。在嵌入式實時操作系統(tǒng)vxworks中,不同任務之間通過優(yōu)先級的高低來決定資源使用的權力,在引入的占用任務中,通過注入高優(yōu)先級的任務來搶占診斷推理任務的計算資源達到等效資源占用的效果。任務運行狀態(tài)監(jiān)控實現(xiàn)的功能為對每次的診斷推理任務運行期間的軟硬件資源占用情況進行統(tǒng)計,通過插樁的方式在程序中加入監(jiān)控點,最終將各位置信息進行匯總統(tǒng)計得到任務運行期間的性能監(jiān)控信息。

試驗分析系統(tǒng)的功能劃分決定了系統(tǒng)硬件架構不可能在不進行通信的前提下實現(xiàn),因此設計符合系統(tǒng)需求的通信模塊是必要的。通信模塊中需要支持兩種類型的通信方式,分別為基于以太網的任務信息數(shù)據(jù)傳輸部分和基于光纖網卡的診斷推理數(shù)據(jù)傳輸部分。其中任務信息傳輸部分將承擔主控模塊、數(shù)據(jù)模擬器、嵌入式目標機及評價模塊之間的任務命令傳輸,實現(xiàn)完整的控制命令傳輸數(shù)據(jù)鏈。診斷推理數(shù)據(jù)傳輸部分通過反射內存光纖卡進行傳輸。

圖2顯示了本發(fā)明的飛機嵌入式實時診斷推理算法試驗系統(tǒng)的硬件架構。如圖3所示,系統(tǒng)的總體硬件架構包括作為主控裝置的主控計算機、數(shù)據(jù)模擬裝置以及嵌入式目標機。其中主控軟件和驗證評價軟件均運行于主控計算機,主控計算機采用高性能工作站平臺。驗證數(shù)據(jù)的采集、仿真模擬等功能在數(shù)據(jù)模擬裝置中實現(xiàn),同時數(shù)據(jù)模擬器具備通過光纖向嵌入式實時處理機傳輸驗證數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)模擬器采用支持多路采集卡/各類板卡擴展的高性能工控機平臺。嵌入式目標機采用基于機載ICP架構的嵌入式目標機,支持通過光纖接收數(shù)據(jù)模擬器發(fā)送的驗證數(shù)據(jù),實現(xiàn)對機載計算環(huán)境的模擬。

圖4顯示了數(shù)據(jù)模擬裝置的架構,數(shù)據(jù)模擬裝置需要具備較高的運算處理能力以支持各類型仿真模型的正常、高效運行,具備多種類型的硬件擴展接口連接不同類型數(shù)據(jù)采集卡以實現(xiàn)支持數(shù)據(jù)采集的功能,以及具備光纖網卡接口和以太網卡接口以支持多種數(shù)據(jù)傳輸、交互需求的功能。

嵌入式實時目標機是基于統(tǒng)一光纖網絡設計的單片機系統(tǒng),系統(tǒng)由集成母板和多個LRM模塊組成,所有的模塊被集成在母板中,如果可能還提供備用模塊插槽供系統(tǒng)功能擴展。其內部主要包括電源模塊單元、核心計算單元、光纖接口和以太網接口以及存儲單元。

為了滿足試驗分析系統(tǒng)的運行效率與良好的用戶體驗,主控計算機采用通用高性能工作站。同時,主控計算機具備預留PCI接口,來實現(xiàn)通過多路以太網與數(shù)據(jù)模擬器和嵌入式實時處理機進行通信以及作為嵌入式實時處理機的上位機的功能。

圖5顯示了本發(fā)明的飛機嵌入式實時診斷推理算法試驗系統(tǒng)的軟件架構。

圖6顯示了主控計算機軟件結構,從功能劃分為任務建立、流程控制、驗證評價三個部分。

任務新建功能主要通過驗證對象選擇模塊、故障注入模塊和算法注冊下裝模塊實現(xiàn)。首先,對于初次驗證的算法,通過算法注冊下裝模塊將算法信息注冊到主控軟件數(shù)據(jù)庫,并通過Workbench下裝到目標機中。用戶通過驗證對象選擇模塊選擇對象信息,包括算法應用對象,運行環(huán)境參數(shù),算法參數(shù)。然后,通過故障注入模塊選擇數(shù)據(jù)的來源類型,數(shù)據(jù)集的大小,樣本的分配,故障趨勢的設置等,并確定需要生產的等效任務占用級別。最后,軟件將用戶的驗證設置需求轉化為控制指令。

流程控制功能主要通過協(xié)同控制模塊和通訊模塊實現(xiàn)。首先,將啟動后的驗證任務置入驗證任務隊列,并標記其狀態(tài)位,然后,通過監(jiān)測各系統(tǒng)節(jié)點的工作情況,根據(jù)任務的優(yōu)先級和所處的狀態(tài),將任務信息發(fā)送給處于空閑狀態(tài)的系統(tǒng)節(jié)點。通過驗證任務在系統(tǒng)節(jié)點外的堆棧,最大化系統(tǒng)節(jié)點的工作效率,優(yōu)化驗證流程。同時,驗證任務各節(jié)點的指令和數(shù)據(jù)信息都被記錄在數(shù)據(jù)存儲模塊,實現(xiàn)驗證任務的全程跟蹤和可復現(xiàn),保障驗證任務的客觀性。

驗證評價功能主要通過驗證評價知識庫模塊和驗證評估和結果分析模塊實現(xiàn)。用戶首先根據(jù)驗證評價知識庫中的知識,選擇和新建若干驗證指標,以及他們所占最終總性能評分的權重,形成該任務的驗證指標方案。當系統(tǒng)檢測到該任務的狀態(tài)處于算法運行完成時,自動調用驗證評估和結果分析模塊,計算各指標值,與用戶的要求值進行對比,給出驗證評價結論,也可根據(jù)各指標所占權重,給出綜合性能評分,便于類似算法的橫向對比。

圖7顯示了數(shù)據(jù)模擬裝置的軟件架構,其功能結構可以劃分為顯示控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及接口模塊。

顯示控制模塊:負責整個數(shù)據(jù)生成的隊列過程控制,將不同類型的數(shù)據(jù)生成任務發(fā)送給不同接口。將主控計算機發(fā)來的控制指令轉化為試驗臺的采集要求或仿真模型和歷史數(shù)據(jù)的生成要求,并調用仿真模型軟件或基于MATLAB的數(shù)據(jù)重組程序。

數(shù)據(jù)采集模塊:包括試驗臺的采集程序,仿真模型的調用程序以及基于MATLAB的數(shù)據(jù)重組程序三個獨立的子模塊。接收顯示控制模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)采集指令,調用對應的子模塊,將生成好的數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理模塊。

數(shù)據(jù)處理模塊:接收數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送的原始采集數(shù)據(jù),按照算法的運行要求進行規(guī)整化處理,將生成好的數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)存儲模塊。

數(shù)據(jù)存儲模塊:接收數(shù)據(jù)處理模塊發(fā)來的數(shù)據(jù),儲存為歷史數(shù)據(jù),并發(fā)送給接口模塊。同時也作為數(shù)據(jù)源提供給歷史數(shù)據(jù)重組模塊。

接口模塊:分為光纖通信和以太網通信兩種模式?;贑語音的底部發(fā)送函數(shù)負責將數(shù)據(jù)通過光纖卡發(fā)送給嵌入式目標機?;贚abVIEW的交互顯示模塊負責將產生的數(shù)據(jù)的信息顯示給用戶,并將數(shù)據(jù)通過以太網發(fā)送給虛擬嵌入式環(huán)境。

圖8顯示了本發(fā)明的嵌入式目標機的軟件。機載嵌入式目標機的實時操作系統(tǒng)的最主要的特點就是其具有的高實時性,并且不同于通用計算機操作系統(tǒng)環(huán)境下軟件安裝方式,其操作系統(tǒng)以及軟件的加載需要通過上位機中的Workbench環(huán)境進行下裝,這種方式限制了待測試驗證的算法的實時加載。出于試驗分析過程優(yōu)化角度的考慮,采用將多個待驗證算法下裝入嵌入式實時處理機中,并通過設計的算法調用模塊進行待驗證算法的動態(tài)調用、配置的方式可以大大提升試驗分析過程的效率。在算法選擇完成的基礎之上引入相應等級的等效資源占用任務,將算法和等效資源占用程序同時運行,同時,任務監(jiān)測模塊也開始執(zhí)行監(jiān)測任務。診斷推理算法運行完成之后將結果信息發(fā)送到主控計算機。

由于實際機載系統(tǒng)中的嵌入式診斷推理計算與任務計算多是共享同一計算資源的,任務計算的變化會對診斷推理速度會產生直接影響。為了使得搭建的測試驗證系統(tǒng)環(huán)境接近實際機載計算環(huán)境,避免診斷推理計算可以獨享CPU和存儲資源,導致診斷推理的實時性偏快,與真實系統(tǒng)存在差異的現(xiàn)象,需要在系統(tǒng)中設計等效計算任務生成模塊。

等效計算任務生成模塊通過模擬任務計算對CPU、內存等資源占用的狀態(tài)及程度,來設計可調諧的任務計算線程,用于模擬與實際系統(tǒng)等效的CPU、內存等資源的占用,將其引入至嵌入式操作系統(tǒng)目標機中,與診斷推理計算線程同時運行,模擬任務計算對CPU資源的占用,進而達到與真實系統(tǒng)實時性的匹配。通過實時性調協(xié)匹配線程來實時調配,用以模擬真實環(huán)境中的CPU、內存等資源變化的情況。

為了實現(xiàn)等效計算任務的設計,需要先設計程序進行整體計算能力的量化估算,然后通過啟動等效任務計算程序來進行CPU及內存資源的高優(yōu)先級占用,強制使診斷推理的計算能力受到抑制以達到模擬真實系統(tǒng)的實際情況。

在實時處理機上主要運行三個線程:資源監(jiān)控,實時診斷處理和等效任務計算。系統(tǒng)中實際要模擬的是實時診斷處理程序在運算資源被不同程序擠占的情況,因而還需要設計一個可以調節(jié)程序運行優(yōu)先級的線程來規(guī)劃實時處理機的運算資源。

在此需要設計等效任務計算程序的運行優(yōu)先級要高于實時診斷處理程序,從而才可以真實的模擬診斷解算過程在運算資源被不同程度的擠占的情況下的解算效率和能力。

實時性調協(xié)匹配其實最關鍵的一個環(huán)節(jié)就是運算資源監(jiān)控。

在處理器主頻和內存大小都已經固定的情況下,需要創(chuàng)建能夠實時的監(jiān)控CPU占用率和內存占用率的線程,來觀測CPU和內存的占用率,進而對在CPU和內存被不同幅度占用的情況下的診斷過程以及診斷能力進行測試,以進行實際情況的模擬。

更進一步可以考慮使用浮點計算能力值來更精確的數(shù)值化實時處理機的運算能力,在其滿負荷運算時的穩(wěn)定計算次數(shù)可以定為100%負載,空置為0。

通過實時的監(jiān)控CPU和內存使用率,并預先給等效任務計算來分配計算資源,使得診斷解算過程的運算資源可以得到控制,可以間接的模擬真實的處理機環(huán)境。

等效任務計算擬設計為一個可以調節(jié)計算強度的穩(wěn)定計算程序,它的任務是預先調節(jié)其計算強度,使得其可以穩(wěn)定的占用預設的實時處理機運算資源。初步預計將其根據(jù)占用運算資源的強度等級設計為六個檔位,分別為100%(完全占用實時處理機運算資源),80%,60%,40%,20%和0%(完全不占用運算資源)。默認設計為0%,即是使得實時診斷處理程序獨占實時處理機運算資源,然后可以按照需求調節(jié)其檔位來實現(xiàn)不同強度的資源占用。

等效任務計算程序本身,其應該是一個可以調節(jié)計算強度的計算程序。在其運行中可以根據(jù)預設好的檔位比較穩(wěn)定的占用實時處理機運算資源,在設計中,應根據(jù)資源監(jiān)控程序持續(xù)的監(jiān)控運算資源,調節(jié)等效任務計算程序使其能夠穩(wěn)定的計算資源占用。系統(tǒng)運行過程控制模塊、等效計算任務生成模塊和診斷推理引擎算法評價模塊均運行于主控計算機中。

圖9顯示了本發(fā)明的飛機嵌入式實時診斷推理算法的試驗方法的第一實施例,其包括:主控裝置對待驗證診斷推理算法進行注冊;主控裝置將經過注冊的待驗證診斷推理算法整合到嵌入式目標機中;所述數(shù)據(jù)模擬裝置根據(jù)主控裝置的生成仿真故障數(shù)據(jù)的仿真故障指令,啟動故障仿真模型,生成相應的仿真故障數(shù)據(jù);所述嵌入式目標機利用所述待驗證診斷推理算法對所述仿真故障數(shù)據(jù)進行推理計算,將計算結果發(fā)送給主控裝置;主控裝置通過分析所述計算結果,對所述待驗證診斷推理算法的性能進行評價。

利用待驗證診斷推理算法對所述仿真故障數(shù)據(jù)進行推理計算包括:從主控裝置接收的任務要求;根據(jù)任務要求,從所述數(shù)據(jù)模擬裝置中讀入相應的仿真故障數(shù)據(jù);利用待驗證診斷推理算法對所述相應的仿真故障數(shù)據(jù)進行計算。

主控裝置通過分析所述計算結果,對所述待驗證診斷推理算法的性能進行評價包括:將所述計算結果中的故障類型及數(shù)量與所述仿真故障指令所涉及的故障類型及數(shù)量進行匹配處理;按照匹配處理的匹配程度,評價所述待驗證診斷推理算法的性能。

利用待驗證診斷推理算法對所述仿真故障數(shù)據(jù)進行推理計算還包括:接收所述數(shù)據(jù)模擬裝置轉發(fā)的來自所述主控裝置的計算資源的包含擠占等級的擠占指令;根據(jù)所述擠占指令中的擠占等級,設定機載計算環(huán)境中非診斷推理算法對于計算資源的擠占比例;在按照所述擠占比例分別為非診斷推理算法和待驗證診斷推理算法分配相應計算資源的情況下,得到計算資源被擠占時待驗證診斷推理算法的解算效率和能力,并將其發(fā)送給主控裝置。

主控裝置通過分析所述計算結果,對所述待驗證診斷推理算法的性能進行評價包括:將所述計算結果中的故障類型數(shù)量與所述仿真故障指令所涉及的故障類型數(shù)量進行匹配處理;按照匹配處理的匹配程度以及計算資源被擠占時待驗證診斷推理算法的解算效率和能力,評價所述待驗證診斷推理算法的性能。

故障仿真模型對液壓伺服系統(tǒng)的故障進行模擬,生成包括電子放大器增益突變、電子放大器增益緩變以及液壓缸內泄露的故障數(shù)據(jù)。

得到計算資源被擠占時待驗證診斷推理算法的解算效率和能力包括:對每次的診斷推理任務運行期間的軟硬件資源占用情況進行統(tǒng)計;通過插樁的方式在程序中加入監(jiān)控點,最終將各位置信息進行匯總統(tǒng)計得到任務運行期間的性能監(jiān)控信息。

為非診斷推理算法分配相應計算資源是通過運行等效計算程序實現(xiàn)的。

等效計算程序的運行優(yōu)先級高于待驗證診斷推理算法的運行優(yōu)先級,以便根據(jù)所述主控裝置的擠占指令,優(yōu)先運行待驗證診斷推理算法。

計算資源擠占包括運行所述等效計算程序的線程的CPU占用率和內存占用率。

圖10顯示了本發(fā)明的飛機嵌入式實時診斷推理算法的試驗方法的第二實施例,其包括:主控裝置對待驗證診斷推理算法進行注冊;主控裝置將經過注冊的待驗證診斷推理算法整合到嵌入式目標機中;數(shù)據(jù)模擬裝置根據(jù)主控裝置發(fā)出的注入實際故障數(shù)據(jù)的故障注入指令,從試驗臺故障注入系統(tǒng)獲得相應的實際故障數(shù)據(jù);所述嵌入式目標機利用所述待驗證診斷推理算法對所述實際故障數(shù)據(jù)進行推理計算,將計算結果發(fā)送給主控裝置;主控裝置通過分析所述計算結果,對所述待驗證診斷推理算法的性能進行評價。

利用待驗證診斷推理算法對所述實際故障數(shù)據(jù)進行推理計算包括:接收主控裝置的任務要求;根據(jù)所述任務要求,從所述數(shù)據(jù)模擬裝置中讀入相應的實際故障數(shù)據(jù);利用待驗證診斷推理算法對所述相應的實際故障數(shù)據(jù)進行計算。

主控裝置通過分析所述計算結果,對所述待驗證診斷推理算法的性能進行評價包括:將所述計算結果中的故障類型數(shù)量與所述故障注入指令所涉及的故障類型數(shù)量進行匹配處理;按照匹配處理的匹配程度,評價所述待驗證診斷推理算法的性能。

利用待驗證診斷推理算法對所述實際故障數(shù)據(jù)進行推理計算包括:接收所述數(shù)據(jù)模擬裝置轉發(fā)的來自所述主控裝置的計算資源的包含擠占等級的擠占指令;根據(jù)所述擠占指令中的擠占等級,設定機載計算環(huán)境中非診斷推理算法對于計算資源的擠占比例;在按照所述擠占比例分別為非診斷推理算法和待驗證診斷推理算法分配相應計算資源的情況下,得到計算資源被擠占時待驗證診斷推理算法的解算效率和能力,并將其發(fā)送給主控裝置。

主控裝置通過分析所述計算結果,對所述待驗證診斷推理算法的性能進行評價包括:將所述計算結果中的故障類型數(shù)量與所述故障注入指令所涉及的故障類型及數(shù)量進行匹配處理;按照匹配處理的匹配程度以及計算資源被擠占時待驗證診斷推理算法的解算效率和能力,評價所述待驗證診斷推理算法的性能。

主控裝置與所述數(shù)據(jù)模擬裝置及所述嵌入式目標機通過局域網傳輸進行通信,所述數(shù)據(jù)模擬裝置與所述嵌入式目標機通過光纖進行通信。

得到計算資源被擠占時待驗證診斷推理算法的解算效率和能力包括:對每次的診斷推理任務運行期間的軟硬件資源占用情況進行統(tǒng)計;通過插樁的方式在程序中加入監(jiān)控點,最終將各位置信息進行匯總統(tǒng)計得到任務運行期間的性能監(jiān)控信息。

為非診斷推理算法分配相應計算資源是通過運行等效計算程序實現(xiàn)的。其中,等效計算程序的運行優(yōu)先級高于待驗證診斷推理算法的運行優(yōu)先級,以便根據(jù)所述主控裝置的擠占指令,優(yōu)先運行待驗證診斷推理算法。

計算資源擠占包括運行所述等效計算程序的線程的CPU占用率和內存占用率。

圖11顯示了本發(fā)明的飛機嵌入式實時診斷推理算法的試驗方法第三實施例,其包括:主控裝置對待驗證診斷推理算法進行注冊;主控裝置將經過注冊的待驗證診斷推理算法整合到嵌入式目標機中;數(shù)據(jù)模擬裝置根據(jù)主控裝置發(fā)出的歷史故障讀出指令,從其歷史故障數(shù)據(jù)庫中讀出相應的歷史故障數(shù)據(jù);所述嵌入式目標機利用所述待驗證診斷推理算法對所述歷史故障數(shù)據(jù)進行推理計算,將計算結果發(fā)送給主控裝置;主控裝置通過分析所述計算結果,對所述待驗證診斷推理算法的性能進行評價。

利用待驗證診斷推理算法對對所述歷史故障數(shù)據(jù)進行推理計算包括:接收主控裝置的任務要求;根據(jù)所述任務要求,從數(shù)據(jù)模擬裝置中讀入相應的歷史故障數(shù)據(jù);利用待驗證診斷推理算法對相應的實際故障數(shù)據(jù)進行計算。

主控裝置通過分析所述計算結果,對所述待驗證診斷推理算法的性能進行評價包括:將計算結果中的故障類型數(shù)量與歷史故障讀出指令涉及的故障類型及數(shù)量進行匹配處理;按照匹配處理的匹配程度,評價所述待驗證診斷推理算法的性能。

利用待驗證診斷推理算法對所述歷史故障數(shù)據(jù)進行推理計算包括:接收所述數(shù)據(jù)模擬裝置轉發(fā)的來自所述主控裝置的計算資源的包含擠占等級的擠占指令;根據(jù)所述擠占指令中的擠占等級,設定機載計算環(huán)境中非診斷推理算法對于計算資源的擠占比例;在按照所述擠占比例分別為非診斷推理算法和待驗證診斷推理算法分配相應計算資源的情況下,得到計算資源被擠占時待驗證診斷推理算法的解算效率和能力,并將其發(fā)送給主控裝置。

主控裝置通過分析所述計算結果,對所述待驗證診斷推理算法的性能進行評價包括:將所述計算結果中的故障類型及數(shù)量與所述故障注入指令所涉及的故障類型及數(shù)量進行匹配處理;

按照匹配處理的匹配程度以及計算資源被擠占時待驗證診斷推理算法的解算效率和能力,評價所述待驗證診斷推理算法的性能。

主控裝置與所述數(shù)據(jù)模擬裝置及所述嵌入式目標機通過局域網傳輸進行通信,所述數(shù)據(jù)模擬裝置與所述嵌入式目標機通過光纖進行通信。

得到計算資源被擠占時待驗證診斷推理算法的解算效率和能力包括:對每次的診斷推理任務運行期間的軟硬件資源占用情況進行統(tǒng)計;通過插樁的方式在程序中加入監(jiān)控點,最終將各位置信息進行匯總統(tǒng)計得到任務運行期間的性能監(jiān)控信息。

為非診斷推理算法分配相應計算資源是通過運行等效計算程序實現(xiàn)的。其中,等效計算程序的運行優(yōu)先級高于待驗證診斷推理算法的運行優(yōu)先級,以便根據(jù)所述主控裝置的擠占指令,優(yōu)先運行待驗證診斷推理算法。計算資源擠占包括運行所述等效計算程序的線程的CPU占用率和內存占用率。

本發(fā)明的嵌入式實時診斷推理算法演示系統(tǒng)為飛機嵌入式實時診斷設計的試驗分析系統(tǒng)試驗流程設計奠定了基礎。其方法保證了試驗的有序進行。

盡管上文對本發(fā)明進行了詳細說明,但是本發(fā)明不限于此,本技術領域技術人員可以根據(jù)本發(fā)明的原理進行各種修改。因此,凡按照本發(fā)明原理所作的修改,都應當理解為落入本發(fā)明的保護范圍。

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