[發明專利]電動飛行器動力系統故障診斷及健康管理體系設計方法

在審

• 申請號: 202210587540.9
• 申請日: 2022-05-25
• 公開（公告）號: CN114996843A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 何洋;唐德佳;徐志偉;李款;孫華旺;張南
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06F30/27;G06F30/28;G06N3/08;G06F113/08;G06F119/02;G06F119/14
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 楊春穎

1.一種電動飛行器動力系統故障診斷及健康管理體系設計方法，其特征在于，包括：

基于多層次仿真模型，建立故障知識庫；

基于先進傳感器技術和基于非線性模型的深度置信網絡算法，結合故障知識庫，實現系統故障診斷及健康感知預測；

構建系統關鍵指標評價體系，采用多輸入單輸出的健康決策生成過程，通過前期系統故障診斷及健康感知預測，采用數據統計及失效物理模型協調合作方式，建立分級分類管理策略，形成健康管理決策并執行。

2.根據權利要求1所述的電動飛行器動力系統故障診斷及健康管理體系設計方法，其特征在于，基于多層次仿真模型，建立故障知識庫，包括：

梳理電動飛行器動力系統各單機部件、分系統到全系統工作機理，模擬真實工況，建立低-高空氣壓、溫度模型及復雜突變來流模型，針對部件機電、磁、溫度場開展有限元分析，采用電驅系統半實物或硬件在環仿真，通過注入不同類型故障信號，模擬各典型故障模式，提取故障參數，構建得到故障知識庫。

3.根據權利要求2所述的電動飛行器動力系統故障診斷及健康管理體系設計方法，其特征在于，真實工況包括：通過matlab中環境模型及往期飛試數據構建起飛、巡航、降落過程時外部大氣壓溫度及氣壓模型，擬合起飛巡航過程中大氣來流干擾變化，通過往期全尺寸低溫低氣壓及吹風試驗數據模擬螺旋槳真實推力與轉速對應關系搭建飛行器不同傾角下動力學仿真模型。

4.根據權利要求1所述的電動飛行器動力系統故障診斷及健康管理體系設計方法，其特征在于，基于先進傳感器技術和基于非線性模型的深度置信網絡算法，結合故障知識庫，實現系統故障診斷及健康感知預測，包括：

采用先進傳感器技術提取含有故障分量的特征參數，利用基于非線性模型的深度置信網絡算法對原始傳感數據進行數據級與特征級的有效融合提取，比對故障知識庫進行趨勢分析，實現系統故障診斷及健康感知預測。

5.根據權利要求4所述的電動飛行器動力系統故障診斷及健康管理體系設計方法，其特征在于，采用先進傳感器技術提取的信息包括：螺旋槳推拉力及力矩參數、電機及控制器溫度、壓強、電機電壓和電流。

6.根據權利要求4所述的電動飛行器動力系統故障診斷及健康管理體系設計方法，其特征在于，系統故障診斷及健康感知預測包括兩部分內容：

狀態檢測：通過多通道數據傳感器采集系統電流、電壓、溫度，利用串口或1553B總線通訊實時傳輸狀態數據，實現數據采集監測；

故障診斷：采用基于非線性模型的深度置信網絡算法對原始傳感數據進行數據級與特征級的有效融合提取，實現數據處理及特征挖掘，并比對故障知識庫進行趨勢分析，實現系統故障診斷及健康感知預測。

7.根據權利要求6所述的電動飛行器動力系統故障診斷及健康管理體系設計方法，其特征在于，狀態檢測與故障診斷兩部分通過通訊遙測實現數據傳送及故障判別。

8.根據權利要求1所述的電動飛行器動力系統故障診斷及健康管理體系設計方法，其特征在于，采用多輸入單輸出的健康決策生成過程，通過前期系統故障診斷及健康感知預測，采用數據統計及失效物理模型協調合作方式，建立分級分類管理策略，形成健康管理決策并執行，包括：

構建關鍵指標評價體系，通過多項關鍵指標系數對系統健康狀態進行交叉驗證，從而確定健康狀態評估；通過樣機功效試驗構建失效物理模型，利用數據統計協調合作，實現系統健康狀態分級分類管理，將故障模式細分為通訊故障、傳感器故障、控制算法故障、驅動硬件故障及電機故障，將故障等級細分為一般故障及嚴重故障等，并針對不同的健康狀態形成不同的管理決策并執行。

9.根據權利要求1所述的電動飛行器動力系統故障診斷及健康管理體系設計方法，其特征在于，還包括：依據系統故障情況進行分級處理。

10.根據權利要求1所述的電動飛行器動力系統故障診斷及健康管理體系設計方法，其特征在于，

系統故障模式包括通訊故障、傳感器故障、控制算法故障、驅動硬件故障及電機故障；

故障等級包括一般故障及嚴重故障；其中，一般故障包括：電機、控制器短時過溫，功率短時過峰、短時欠壓；嚴重故障包括：超溫，電機、控制器短路過流，斷路，母線過壓；

故障分級處理包括通訊重啟、降額運行、冗余備份切換及停機處理。