[發明專利]基于中間件的無人機PHM系統

有效

• 申請號: 201611268278.2
• 申請日: 2016-12-31
• 公開（公告）號: CN106598033B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 陳伯成;麥安迪;王學謙;梁斌
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

本發明提供一種基于中間件的無人機PHM系統，系統包括：機載系統、中間件和地面系統；中間件包括接口模塊、數據采集模塊、系統管理模塊和數據庫；接口模塊、數據采集模塊、數據庫和系統管理模塊相連；接口模塊用于和無人機進行對接；數據采集模塊與接口模塊相連，用于采集無人機的運行數據，并輸入到數據庫；系統管理模塊用于中間件中各個模塊的管理；數據庫用于將所述采集到的運行數據進行存儲、整理、轉換和規范，再傳輸到地面系統，或/和用于接受地面系統的更新參數。通過該PHM系統，避免了每次無人機都需要停到地面系統旁進行數據傳輸，提高了數據采集的效率，且系統結構簡單，無人機維護時間短，管理效率高。

技術領域

本發明涉及無人機的PHM領域，具體涉及一種基于中間件的無人機PHM系統。

背景技術

PHM(故障預測與健康管理，Prognostics and Health Management)起源于航空行業，其通用的流程如圖1所示。PHM在軍機上采用的典型結構為：機載系統+接口+地面系統。機載系統攜帶簡單的故障診斷及健康管理功能，其在移動過程中，實時采集機上需要監測的相關運行狀態數據，并根據模型進行故障診斷。地面系統為完整的故障診斷及健康預測功能，其利用更多的信息和計算能力對機載系統采集的數據和故障判斷進行確認和更進一步的分析；地面系統(機下系統)可以將更新后的模型、狀態參數等回傳給機載系統，為下次及以后的飛行提供更準確的模型和判定閾值。對確認的故障或預測到會發生的、危害較大的故障會安排維修計劃及示警地面人員更換相關設備或進行相關維修，從而使得故障發生的概率大大減少，因此，可以極大的減少系統整體的維護成本。

PHM在航空業及那些貴重資產行業應用意義重大，但也存在著整體系統太復雜、實驗成本太昂貴等弊端。

無人機(消費級)是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。因多種品牌的產品相對比較穩定，價格低廉，飛行能力強，被廣泛用于空中偵察、監視、通信、反潛、電子干擾等，是近年來發展非常迅速的行業。

無人機飛行完一次或多次任務之后，必須要飛回到地面系統旁邊，通過接口，進行數據的傳輸，傳輸給地面系統以進行更進一步的分析。雖然無人機的體積較其他航空飛行器相比體積較小，但仍然存在體積偏大或場地限制等原因，緊靠接口很難方便地將數據傳輸給地面系統，而且每架無人機不可能每次都可以停到地面系統旁邊傳輸，從而導致PHM系統使用不便，獲取試驗數據時間長，試驗試飛效率低。

因無人機沒有機上駕駛員的存在，只能由地面上的飛手進行操控，導致無人機出現物理碰撞等問題的概率大大增加。現有的無人機PHM系統通常移植“機載系統+接口+地面系統”常規PHM系統的架構，但這種架構采集的數據只包含飛行過程中相關參數的運行狀態數據，并不包含各種物理外在因素等導致的損壞或狀態數據；而物理外在因素所導致的狀態數據，是運行數據或歷史數據得到的數學模型所無法表達的，因此不能完整、全面地對無人機進行故障預測與健康管理。

現有的無人機多是個人愛好與個人維護，其PHM系統都是針對單機級的PHM系統，一個PHM系統針對一種類型的無人機，具有適用于該類型的無人機的機載系統、接口和地面系統，但其不能適用于其他類型的無人機。隨著無人機的發展，無人機群的管理需求與日俱增；與單個無人機的維護系統不同，無人機群的管理系統面臨各種各樣的問題，尤其是無人機具有多種類型的問題，如：不同廠家、不同類型、不同架次、不同數據接口、不同類型電池、不同類型電機、不同的飛手使用等等。如何將多種類型的無人機通過一個PHM系統進行有效管理，尤其是將各種不同類型的無人機的數據進行傳輸，地面系統如何處理如此龐雜的數據等面臨著巨大的挑戰，如果管理不到位，無人機出問題的概率則會大大增加。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種基于中間件的無人機PHM系統，該無人機PHM系統用于無人機的系統維護，并避免了每次數據的傳輸需要無人機回到地面系統旁，提高了數據的傳輸效率。