[發(fā)明專利]基于實時模型的結(jié)構(gòu)異常檢測的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210350061.1
• 申請日: 2012-09-19
• 公開（公告）號: CN103018060A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: T·A·史密斯;J·M·老尤尼斯;E·Y·瑞陳巴奇
• 申請（專利權(quán)）人: 波音公司
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民;張全信

技術(shù)領(lǐng)域

一般而言，本公開的實施方式涉及結(jié)構(gòu)異常檢測。更具體地，本公開的實施方式涉及實時結(jié)構(gòu)異常檢測。

背景技術(shù)

運載工具或航空器結(jié)構(gòu)在其整個使用壽命期間通常遭受各種外力：可預料的運轉(zhuǎn)力(operational?force)和不可預料的力二者。這種結(jié)構(gòu)的運轉(zhuǎn)健康可被對運轉(zhuǎn)力和不可預料的力的異常結(jié)構(gòu)響應(yīng)不利地影響。運轉(zhuǎn)力比如空氣動力學載荷的改變和不可預料的力比如陣風可導致非最優(yōu)的結(jié)構(gòu)狀況。

發(fā)明內(nèi)容

公開了基于實時模型的運載工具結(jié)構(gòu)異常檢測的系統(tǒng)和方法。在運載工具運轉(zhuǎn)期間接收對應(yīng)于運載工具結(jié)構(gòu)上位置的實時測量值，并比較該實時測量值與該位置期望的運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，以提供模擬誤差信號。計算模擬誤差信號的統(tǒng)計顯著性以提供誤差顯著性，和測定誤差顯著性的持久性(persistence)。如果該持久性超過持久性閾值，則指示結(jié)構(gòu)異常。

以這種方式，比較運載工具的結(jié)構(gòu)行為的標稱模型(nominal?model)與感測響應(yīng)。模擬誤差的統(tǒng)計分析提供異常結(jié)構(gòu)行為的指示；指示運載工具結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)異常。可啟動控制機構(gòu)以響應(yīng)指示的結(jié)構(gòu)異常抵償結(jié)構(gòu)異常。從而，延長了運載工具的結(jié)構(gòu)壽命并延長了維修事件之間的時間。

在一種實施方式中，基于實時模型的運載工具結(jié)構(gòu)異常檢測的方法在運載工具運轉(zhuǎn)期間接收對應(yīng)于運載工具結(jié)構(gòu)上位置的實時測量值。方法進一步比較該實時測量值與該位置期望的運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，以提供模擬誤差信號，并計算模擬誤差信號的統(tǒng)計顯著性，以提供誤差顯著性。方法進一步測定誤差顯著性的持久性，并且如果該持久性超過持久性閾值，則指示結(jié)構(gòu)異常。

在另一種實施方式中，基于實時模型的結(jié)構(gòu)異常檢測系統(tǒng)包含結(jié)構(gòu)異常檢測模塊和異常緩解模塊(anomaly?mitigation?module)。結(jié)構(gòu)異常檢測模塊可操作以在運載工具運轉(zhuǎn)期間接收對應(yīng)于運載工具結(jié)構(gòu)上位置的實時測量值，和比較該實時測量值與該位置期望的運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，以提供模擬誤差信號。結(jié)構(gòu)異常檢測模塊進一步可操作以計算模擬誤差信號的統(tǒng)計顯著性，以提供誤差顯著性，并測定誤差顯著性的持久性。結(jié)構(gòu)異常檢測模塊進一步可操作以如果該持久性超過持久性閾值，則指示結(jié)構(gòu)異常。異常緩解模塊可操作以如果指示結(jié)構(gòu)異常，則啟動控制機構(gòu)以抵償結(jié)構(gòu)異常。

在仍另一種實施方式中，減輕結(jié)構(gòu)異常的方法獲得結(jié)構(gòu)的模擬誤差信號，并通過計算假報警的概率(Probability?of?False?Alarm，Pfa)評估模擬誤差信號顯著偏離零的概率，以提供誤差顯著性。當誤差顯著性落在Pfa閾值之下時，方法進一步將單位信號輸入至一階濾波器，并當一階濾波器的輸出值充分接近1時，指示結(jié)構(gòu)異常狀況。

根據(jù)本公開的一個方面，提供基于實時模型的運載工具結(jié)構(gòu)異常檢測的方法，其包括：在運載工具運轉(zhuǎn)期間接收對應(yīng)于運載工具結(jié)構(gòu)上位置的實時測量值；比較該實時測量值與該位置期望的運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，以提供模擬誤差信號；計算模擬誤差信號的統(tǒng)計顯著性，以提供誤差顯著性；測定誤差顯著性的持久性；和如果該持久性超過持久性閾值，則指示結(jié)構(gòu)異常。

有利地，計算模擬誤差信號的統(tǒng)計顯著性的步驟進一步包括：遞歸地估計模擬誤差信號的估計平均數(shù)和估計方差，以確定模擬誤差信號是否保證(warrant)指示結(jié)構(gòu)異常；和基于估計平均數(shù)和估計方差通過計算模擬誤差信號的假報警的概率(Pfa)評估模擬誤差信號顯著偏離零的概率，以提供誤差顯著性。

有利地，測定誤差顯著性的持久性的步驟進一步包括：當誤差顯著性落在Pfa閾值之下時，將單位信號輸入至一階濾波器；比較一階濾波器的輸出值與接近1的值；和當一階濾波器的輸出值充分接近1時——其中持久性高，指示結(jié)構(gòu)異常狀況。

優(yōu)選地，Pfa閾值和一階濾波器的濾波時間常數(shù)是取決于模擬誤差信號的質(zhì)量和假陽性指示的容限(tolerance)的可調(diào)參數(shù)。

有利地，方法進一步包括如果指示結(jié)構(gòu)異常，則啟動控制機構(gòu)以抵償結(jié)構(gòu)異常。

優(yōu)選地，啟動控制機構(gòu)的步驟包括選自下列的至少一種：控制面啟動、升力面啟動、流控制啟動、形狀記憶合金的啟動、經(jīng)活性結(jié)構(gòu)材料的啟動和推進功率改變。

有利地，方法進一步包括在運載工具結(jié)構(gòu)上安裝多個測量傳感器，其可操作以測量實時測量值。

有利地，方法進一步包括：在運載工具的健康運轉(zhuǎn)期間讀取傳感器信號；和基于傳感器信號用公式表示運載工具健康運轉(zhuǎn)的期望的簽字信號響應(yīng)(signature?signal?response)，以提供期望的運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。

有利地，方法進一步包括周期性地收集在運載工具的進一步運轉(zhuǎn)期間的代表性傳感器信號，以獲得實時測量值。