用于监视结构的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种监视结构的方法和系统，方法包括：a）同步地获取数据，该数据包括多个操作参数和至少一个应变数据，b）从在步骤a）中获取的数据建立重要点数据集，及c）使用所建立的重要点数据集对所述操作参数和所述应变数据之间的关系进行建模，以训练非自适应预测函数监督近似方法，其中，建立重要点数据集的步骤包括从所获取的数据中删除冗余信息。作为结果的模型可以用于处理结构真实的操作数据，以对于结构的预定位置集合估计可能的裂缝开始和裂缝生长。
【专利说明】用于监视结构的方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于监视结构的方法和系统，具体地，涉及疲劳和损伤容限的预测。本发明可应用于任何设备结构、风力涡轮机、船、建筑、桥、塔、以及优选地但非必需地应用于飞行器。
【背景技术】
[0002]结构疲劳可以被定义为由于在周期载荷的情况下细微裂缝的逐渐生长而造成的材料的损坏。通常，设备结构的疲劳寿命是在特定的周期载荷环境下发生损坏的时限。疲劳寿命消耗的评价是设备设计和计算的重要部分，但是还应该通过所谓的结构疲劳监视系统在设备的使用寿命期间对疲劳寿命消耗的评价进行控制。
[0003]已经构想了过多的监视系统来评价飞行器结构的疲劳寿命消耗。它们已经被传统地用于军用航空，并且最近时期用于民用航空的某些应用。存在该种系统的两个主要优点:通过在整个工作寿命期间使飞行器使用和维护任务最优化，确保飞行器的安全操作以及降低所有者的成本。
[0004]大多数疲劳监视系统包括某些特性，这些特性使得根据下列三个主要特征可以将它们归类为多组:系统哲学、技术基础和应用的理念。
[0005]系统哲学定义了系统的范围。根据疲劳监视系统的哲学可以将它们分为两组:损伤检测和损伤预测。损伤检测组中的系统的目标是对最终损伤(来自结构疲劳或来自如腐蚀、以外等任何其它源)的位置和严重性进行定位和测量。另一方面，属于损伤预测类的系统对考虑了特定的飞行器使用并且根据预定设置而选择出的可能的损伤的位置和/或严重性进行估计。
[0006]技术基础确定为了检测或预报损伤系统将要使用哪种变量。可以识别两种主要的组:直接技术和参数化技术。直接系统直接在结构中测量可以在没有外部模型的帮助的情况下使用的某些物理变量。因为该系统从一套特定数据中获得全局消耗，因此这是感应技术。例如，该系统可以包括多个应变传感器以测量结构的某些位置处的应变，并使用该信息来执行疲劳和损伤容限计算。参数化系统使用飞行器的全局操作参数以馈送给特定模形并且获得必需的数据。因为其基于总的测量值来获得关于结构的特定消耗，因此这是演绎技术。例如，可以使用飞行周期和飞行小时来控制飞行器使用并根据一套飞行器出动概况代码(aircraft sortie profile code)来应用维护程序。
[0007]两种技术都具有优点和缺点。由于用于定位(损伤检测系统)或裂缝开始和裂缝生长计算(损伤预测系统)的变量是直接从结构中测量来的，因此直接系统是准确并精确的，但是传感器的安装和维护费用通常很高。另一方面，由于需要使用外部模型来获得有用的数据(实际上，现在，获得可靠的参数化系统的主要的挑战是研发用于处理信息的精确模型的复杂性)，因此参数化系统通常是比较不准确和不精确的，但是因为在很多情况下数据来自于已经安装在飞行器中的其它系统，因此它们比直接系统花费更少。
[0008]在历史上，由于参数化系统的简单性，因此参数化系统比直接系统更早地被研发出来(例如，垂直载荷因数超标计算器(vertical load factor exceedances counter))。一旦技术发展，不断增加的、精密的记录仪开始被安装在舱上(例如，应变数据记录仪)，并且直接系统开始被使用，从而在多年中是优选的理念。在最近20年期间，由于处理参数化数据的模型以及计算性能的改善，致使参数化系统再次被使用。
[0009]最终，根据被监视的飞行器的数量和它们被跟踪的时间段，存在三种应用理念:
[0010]-个体飞行器跟踪(IAT)，其中，在飞行器的整个工作寿命期间，监视飞行器队伍中的每一个飞行器；
[0011]暂时性飞行器跟踪(TAT)，其中，在有限的时间段期间，监视有限数量的飞行器；
[0012]挑选飞行器跟踪(SAT)，其中，在飞行器的整个工作寿命期间，监视飞行器队伍中的某些飞行器。
[0013]本发明提出一种预测参数化方法和系统，该方法和系统允许个体飞行器跟踪、将预测直接系统的精确和准确性以及先前的预测参数化系统的低成本相结合。本发明不仅可应用于飞行器，而且可应用于任何设备结构(例如，风力涡轮机、船、建筑、桥或塔)，其中，全局参数化数据可以与结构的一个或多个位置处的应变等级相关联。
【发明内容】
[0014]通过根据权利要求1的方法和根据权利要求14的系统解决前述缺陷。从属权利要求限定本发明的优选实施例。
[0015]一种监视结构的方法，包括下列步骤:
[0016]a)获取数据，所述数据包括多个操作参数Xi (tj)和至少一个应变数据I (tj)，所述操作参数Xi和所述应变数据y是在时间序列基础上使用相同或不同的采样率同步获取的；
[0017]b)从在步骤a)中获取的数据建立重要点数据集；以及
[0018]c)使用所建立的重要点数据集对所述操作参数Xi (tj和所述应变数据y(tp之间的关系进行建模，以训练非自适应预测函数监督近似方法，
[0019]其中，建立重要点数据集的步骤包括:
[0020](bl)对于每个时间样本tj, j=l, "'m,确定数据矢量#(?)的数据模数丨|跑^||，所述数据矢量#(?)被定义为:
[0021]
【权利要求】
1.一种监视结构的方法，包括下列步骤: a)获取数据，所述数据包括多个操作参数Xi(tj)和至少一个应变数据y (tp，所述操作参数Xi和所述应变数据y是在时间序列基础上使用相同或不同的采样率同步获取的； b)从在步骤a)中获取的数据建立重要点数据集；以及 c)使用所建立的重要点数据集对所述操作参数Xi(tp和所述应变数据y(tp之间的关系进行建模，以训练非自适应预测函数监督近似方法， 其中，建立重要点数据集的步骤包括: (bl)对于每个时间样本j=l，…，m，确定数据矢量对0的数据模数所述数据矢量#(~〕被定义为:
Pit/) = (^i(￡>), -V2 (tj)f...t Xn(Ij)-,? 数据模数I丨池Ol被计算为:
2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(b3)中，具有最大和最小应变值的数据矢量兵匕)被保留在每个组中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，组点的最小数量与每个组相关联，以使得当在步骤(b3)之后在组中保留的重要点的数量小于所述最小数量时，将所述组拆分为两个相等大小的组并且重复步骤(b3)，直到最小数量的重要点被保留在原始组中。
4.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，包括在建立所述重要点数据集的步骤之前对所获取的数据(Xi，y)进行预处理的步骤，对所获取的数据进行预处理的步骤优选地包括从下列中选择出的至少一个:误差检测和校正算法的应用、标准化、过滤、重采样以及产生低频数据集。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，对所获取的数据(Xi，y)进行预处理的步骤包括产生低频数据集，并且从所述低频数据集建立所述重要点数据集。
6.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，包括:使用所获取的、没有包括在所述重要点数据集中的数据，以及可选地使用从所述重要点数据集获取的点，对在操作参数Xi(tp和应变数据y(tp之间建模的关系进行验证的步骤。
7.根据从属于权利要求5时的权利要求6所述的方法,包括: 向经过训练和验证后的建模关系进 给原始的、未减少的、低频数据集，并将调整系数计算为在先前步骤中获得的模型输出和全部带宽应变之间的比率，在先前步骤中获得的模型输出即低频计算出的应变。
8.根据权利要求7所述的方法，包括基于经过训练和验证后的模型、所获取的操作参数和计算出的调整系数，计算至少一个结构的应变历史的步骤，所获取的参数可选地被预处理。
9.根据权利要求8所述的方法，包括使用所述调整参数来计算校正后的应变的步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所获取的参数被预处理，所述预处理的步骤包括产生原始带宽应变，所述方法进一步包括通过将所述全部带宽应变与计算出的应变相比较，校验在用连续系统性能。
11.根据权利要求9所述的方法，包括使用计算出的应变来计算至少一个结构的疲劳寿命和损伤容限消耗。
12.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中，通过ANN来执行所述非自适应预测函数监督近似方法。
13.根据应用于飞行器结构的前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中，从N个数量的飞行器中获得操作参数Xi (tj)，并且从M个数量的参考飞行器中获得应变数据y (tj)，M小于或等于N，优选地，M基本上是N的10-20%。
14.一种用于监视结构的系统，包括: 获取和记录装置，适于从至少一个结构收集操作参数，至少一个物理应变传感器被安装在所述结构的所选位置处；以及 处理部件，适于执行根据权利要求1-13中的任一权利要求所述的方法中的步骤。
15.根据权利要求14所述的用于监视结构的系统，其中，所述结构是飞行器，所述获取和记录装置适于从飞行器收集飞行器操作参数，所述至少一个物理应变传感器被安装在飞行器结构的所选位置处。
【文档编号】G06F19/00GK103500262SQ201310069637
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年3月5日 优先权日:2012年3月5日
【发明者】乔斯·伊格纳西奥·阿米霍托雷斯, 雅维耶·戈麦斯-埃斯卡洛尼利亚巴列斯特罗斯, 海梅·加西亚阿隆索 申请人:Eads飞机设计有限公司