发起的测试健康管理系统和方法
【专利说明】发起的测试健康管理系统和方法
[0001]关于联邦资助的研宄或开发的声明
本发明在美国空军研宄实验室(AFRL)奖励的FA8650-08-D-7803下得到政府支持的情况下做出。政府在本发明中具有某些权利。
技术领域
[0002]本发明总体涉及健康管理，并且更具体地，涉及使用各种健康相关数据确定控制效应器(effector)的丧失的和/或剩余的功能能力的系统和方法。
【背景技术】
[0003]诸如各种类型的交通工具(vehicle)的各种系统和包括交通工具的系统与子系统可能经受潜在严峻的环境条件、冲击、震动和正常部件磨损。这些条件以及其它可能对交通工具的操作性具有有害的影响。这些有害影响如果在操作期间经历的话可能留下很少的时间用于纠正行动。因此，在交通工具的环境中最显著的是，健康监视/管理系统正与日俱增地被使用。交通工具健康监视/管理系统监视交通工具的各种健康相关特性。在一些实例中，这样的操作健康特性可以被进一步分解为交通工具的主要操作系统和子系统的健康特性。
[0004]一些目前已知的交通工具健康管理系统包括从传感器收集数据和其它机载信号以产生结果的监视器。这些结果然后被提供给推理器(reasoner)，推理器尝试基于该信息诊断交通工具的健康。有时，该信息缓慢地到达或者根本未到达推理器。例如，在自主交通工具的发射(lift-off)之前，命令尚未被提供给控制效应器，并且健康管理具有的信息不足以用其来诊断效应器健康。为了克服该缺陷，往往执行飞行前检查，飞行前检查锻炼控制效应器以验证它们的操作。作为第二个示例，如果可疑的效应器故障在自主交通工具飞行期间发生，则将期望的是在开始之后尽可能快地评估效应器的健康。因为有时其中命令为最少的飞行期间，所以评估健康可能必须有意地锻炼可疑的效应器而同时注意维持控制。在健康信息的量和类型或者信息的生成速率方面的缺陷可能限制健康管理系统提供对交通工具能力的迅速评估的能力，从而潜在地使任务、交通工具或二者处于危险当中。
[0005]因此，存在对这样的系统和方法的需要，所述系统和方法将加速至健康管理系统的信息流，以能够提供对系统健康的更迅速的诊断。本发明至少解决了该需要。
【发明内容】
[0006]提供本概述来以简化形式描述在【具体实施方式】中进一步描述的选择概念。本概述并不意图标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不意图用作在确定所要求保护的主题的范围中的帮助。
[0007]在一个实施例中，一种用于验证控制效应器的响应能力的方法包括:在测试模块中至少处理命令数据和与控制效应器相关联的传感器数据，以生成代表控制效应器健康的控制效应器健康数据。在推理器中处理控制效应器健康数据以:选择性控诉(indict)和清除一个或多个故障，基于所控诉的一个或多个故障确定失效是不确定的，确定一个或多个测试激励信号以供应给所述控制效应器来验证不确定失效是存在还是不存在，以及向能与所述控制效应器操作地通信的控制器供应所述一个或多个测试激励信号。
[0008]在另一实施例中，一种用于确定控制效应器的响应能力的系统，包括测试模块和推理器。测试模块被适配成至少接收命令数据和与控制效应器相关联的传感器数据。所述测试模块被配置为在接收这些数据时生成代表控制效应器健康的控制效应器健康数据。推理器被耦合来接收所述控制效应器健康数据并且被配置为响应于其而(i )选择性控诉和清除一个或多个故障，(ii )确定可被所控诉的一个或多个故障引起的可疑失效，(iii )确定一个或多个测试激励信号以供应给所述控制效应器来验证所述可疑失效是否是实际失效，以及(iv)向能与所述控制效应器操作地通信的控制器供应所述一个或多个测试激励信号。
[0009]此外，根据后续的【具体实施方式】、结合附图和该背景，发起的测试健康管理系统和方法的其它期望特征和特性将变得清楚。
【附图说明】
[0010]后文将结合以下附图来描述本发明，其中，相同的附图标记表示相同的元素，并且其中:
图1描绘了示例交通工具引导和控制系统的实施例的功能框图；
图2描绘了可以在图1的系统中使用的子系统健康管理系统的示例性实施例的功能框图；
图3描绘了推理器的示例知识库，其图示了子系统健康管理系统的功能的一部分；
图4用图形描绘了子系统健康管理系统的总体功能的简化表示；
图5-8以ISO 10303-11 EXPRESS-G格式描绘了可以在子系统健康管理系统中使用的推理器的知识库的信息模型；
图9-11以流程图形式描绘了可以在图2的推理器中实现来验证可疑故障的不同过程；
以及
图12用图形描绘了用于图1的系统的数据，其中连续域控制效应器遭受降级域限制失效。
【具体实施方式】
[0011]以下【具体实施方式】本质上仅仅是示例性的并且不意图限制本发明或本发明的应用和使用。如本文所使用的，词语“示例性的”意指“充当示例、实例或说明”。因此，本文中描述为“示例性的”任何实施例不一定解释为对于其它实施例是优选或有利的。本文描述的所有实施例是示例性实施例，其提供来使本领域技术人员能够做出或使用本发明并且不限制权利要求所限定的本发明的范围。此外，不意图由前面的技术领域、【背景技术】、
【发明内容】
或以下【具体实施方式】中给出的任何明示或暗示的理论来限界。
[0012]交通工具引导和控制系统100的实施例的功能框图在图1中描绘，并且包括交通工具控制系统102和一个或多个子系统健康管理系统104 (例如，104-1、104-2、104-3……104-N)。交通工具控制系统102实现至少一个或多个自适应控制法则，其生成并向在例如交通工具110中或上的各种部件109供应各种命令106。这些部件可以不同，但是至少包括多个控制效应器(例如，109-1、109-2、109-3……109-N)，所述控制效应器被配置为控制例如一个或多个设备的位置。
[0013]交通工具控制系统102还从例如交通工具110中或上的各种传感器接收反馈108，并从一个或多个子系统健康管理系统104接收数据112。交通工具控制系统102中的一个或多个控制法则是自适应控制法则，因为这些控制法则自适应地对从一个或多个子系统健康管理系统104供应的数据做出响应。交通工具控制系统102中实现的自适应控制法则的典型响应是将去往效应器的进一步命令限制为其减小的可用范围，并且当必要时更多地利用其它效应器以维持控制。进一步的响应可以包括改变交通工具的操作的包络(envelope)和改变任务计划。可以使用本领域公知的许多已知自适应控制法则方案中的任何一种来实现自适应控制法则。
[0014]子系统健康管理系统104中的一个或多个被耦合来接收各种输入，诸如供应到交通工具控制系统102和/或专用于健康监视的传感器的命令106和反馈108的至少一部分。这一个或多个子系统健康管理系统104部分基于这些输入被附加地配置为检测、隔离和量化可能在相关联的子系统内发生的各种故障、失效和降级，并且将代表其的数据供应到交通工具控制系统102中的自适应控制法则。为了向交通工具控制系统102提供最准确的信息，子系统健康管理系统104被配置为不仅报告全部功能失效，而且还报告能力的参数化降级。因此，这些子系统健康管理系统104被配置为处理各种诊断复杂性，包括但不限于:模糊性、等待时间、漏报和假警报。现在参照图2，描绘了子系统健康管理系统104的示例性实施例的功能框图，并且现在将对其进行描述。
[0015]示例性子系统健康管理系统104包括测试模块202和子系统推理器204。测试模块202被耦合来至少接收命令数据和与控制效应器109中的一个或多个相关联的传感器数据，并且被配置为在接收到这些数据时生成代表控制效应器健康的控制效应器健康数据。在具体实施例中，测试模块202被配置为连续或间歇地对相关联的子系统(例如，控制效应器)实现各种测试和/或测量，并且生成代表子系统健康的健康数据(例如，健康良好/健康差)。然后将健康数据供应到子系统推理器204。测试模块202生成和供应的健康数据可以改变，并且可以包括例如用以指示子系统的部件或部分是健康的/不健康的通过(PASS)/失败(FAIL)数据。健康数据可以附加地包括这样的数据，该数据指示特定的条件对于执行测试是不恰当的，诸如返回结果NOT_AVAILABLE (不可用)或保持静默。一些测试可以具有两个或更多失效准则。对于这样的测试，健康数据可以包括有限制的失败数据，诸如，例如通过/失败-HI/失败-LO等。如可以意识到的，不同的失效准则可能导致不同的失效结论。
[0016]将意识到，测试模块202可以不同地配置为实现其功能。然而，在所描绘的实施例中，测试模块202使用一个或多个内建测试模块206(例如，206-1、206-2、206-3……206-N)和一个或多个监视器模块208 (208-1,208-2,208-3……208-N)来实现其功能。如所公知的，内建测试(BIT)模块206被配置为在子系统和/或部件上实现一个或多个测试过程以确定子系统和/或部件是否在正确地起作用。
[0017]监视器模块208 (其在本文也可以称为参数化限制监视器模块)被配置为接收代表一个或多个子系统参数的各种数据，并且确定未被BIT模块206测试(或可能未被BIT模块206充分测试)的子系统和/或部件是否正确地起作用。此外，监视器模块208中的一个