[發(fā)明專利]基于模型預測的串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010578207.2
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111470067B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設計）人: 尹彥卿;羅偉;魯運勝
• 申請（專利權）人: 中航金城無人系統(tǒng)有限公司
• 主分類號: B64F5/60
• 分類號: B64F5/60
• 代理公司: 南京冠譽至恒知識產(chǎn)權代理有限公司 32426
• 代理人: 夏恒霞

本發(fā)明公開了一種基于模型預測的串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)和診斷方法，其中，診斷系統(tǒng)包括MCU（微控制單元）、預測模型、傳感器模塊和故障診斷模塊。故障診斷模塊進行故障診斷的實際工作對象為串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)，傳感器模塊安裝在實際工作對象上，且，預測模型和故障診斷模塊均運行在MCU上。通過預測模型預測數(shù)據(jù)與傳感器數(shù)輸出的據(jù)進行比對的串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)故障診斷算法，可準確定位故障元件的位置和故障類型，診斷過程計算量小、響應速度快，可在故障出現(xiàn)一個周期內(nèi)給出預警。并基于預測模型，系統(tǒng)所有參數(shù)都是可以準確計算的，因而可對故障進行準確、定量的分析，以數(shù)據(jù)的形式判定故障嚴重程度，準確計算系統(tǒng)剩余功率輸出能力。

技術領域

本發(fā)明涉及一種混合動力系統(tǒng)故障診斷領域，具體涉及一種基于模型預測的串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)和方法。

背景技術

現(xiàn)有的無人機的動力系統(tǒng)主要有三種，即發(fā)動機動力，電池動力，發(fā)動機電池并聯(lián)動力等。發(fā)動機動力主要用于固定翼無人機和無人直升機，少用于多旋翼無人機。電池動力主要用于固定翼無人機，無人直升機，多旋翼無人機以及垂直起降混合翼無人機等。發(fā)動機電池并聯(lián)動力主要用于多旋翼無人機和垂直起降混合翼無人機。發(fā)動機電池并聯(lián)動力工作原理為：在多旋翼無人機應用中，發(fā)動機作為主動力，驅動螺旋槳提供主升力；電池作為從動力，驅動電機帶動螺旋槳提供姿態(tài)動力，調(diào)整無人機姿態(tài)。在垂直起降混合翼無人機應用中，發(fā)動機作為固定翼模式動力，電池作為多旋翼模式動力。上述結構的工作系統(tǒng)存在如下問題：第一是發(fā)動機動力：傳動結構復雜，維護工作繁重。第二是電池動力：能量密度低。第三是發(fā)動機電池并聯(lián)動力：結構復雜， 維護工作繁重，重量太大。

串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)是指通過活塞式或渦輪式發(fā)動機驅動發(fā)電機產(chǎn)生電能、再利用電能按需為電池充電、并驅動電動機產(chǎn)生動力驅動車輛、飛機等載具的混合動力系統(tǒng)。串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)具有發(fā)動機、發(fā)電機、整流器、儲能電池、逆變器、電動機等多個綜合性部件，牽涉到機械、傳動、電機、電力電子、自動控制等多方面學科，是一種較為復雜的控制系統(tǒng)。考慮到這樣一種系統(tǒng)內(nèi)組成要素眾多，傳感器、執(zhí)行器數(shù)量大且關系復雜，在實際生產(chǎn)、使用中容易出現(xiàn)各種各樣的故障現(xiàn)象，因此需要設計一種故障診斷算法來進行在線自動故障診斷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術中存在的上述問題，提供了一種基于模型預測的串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)和方法。

為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明采用如下的技術方案：

基于模型預測的串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)，包括MCU、預測模型、傳感器模塊和故障診斷模塊；

前述故障診斷模塊進行故障診斷的實際工作對象為串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)；

前述傳感器模塊安裝在所述實際工作對象上，用于收集進行故障診斷所需要的數(shù)據(jù)，并將收集到的數(shù)據(jù)分為兩路，分別發(fā)送至預測模型和故障診斷模型；

前述預測模型和故障診斷模塊均運行在MCU上，所述預測模型通過計算得出下一周期的預測數(shù)據(jù)，進行預測更新，再將更新后的系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)傳送至所述故障診斷模塊，在下一周期，所述故障診斷模塊將傳感器采集的實際數(shù)據(jù)與預測數(shù)據(jù)進行比較處理來判斷故障的過程，如此循環(huán)往復。

優(yōu)選地，前述傳感器模塊與所述MCU相連，用于接收不同類型的傳感器信號，經(jīng)MCU處理后計算出混動系統(tǒng)的實際工作參數(shù)，并通過數(shù)據(jù)接口向外發(fā)送，所述傳感器包括發(fā)動機轉速傳感器、發(fā)動機節(jié)氣門開度傳感器、發(fā)電機輸出電壓波形檢測電路、發(fā)電機輸出電流波形檢測電路、儲能電池輸出電壓與電流檢測電路及輸出電壓與電流檢測電路。

優(yōu)選地，前述傳感器模塊與所述MCU相連，包括發(fā)動機轉速傳感器、發(fā)動機節(jié)氣門開度傳感器、發(fā)電機輸出電壓波形檢測電路、發(fā)電機輸出電流波形檢測電路、儲能電池輸出電壓與電流檢測電路和輸出電壓與電流檢測電路。

優(yōu)選地，前述預測模型包括發(fā)動機子模型、傳動子模型、發(fā)電機-整流器子模型和后端電路子模型，連接傳輸?shù)年P系為：