一种用于航天动力系统实时故障检测的综合决策方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于航天动力系统实时故障检测的综合决策方法，包括以下步骤：步骤一：统计各种故障检测算法在离线考核验证过程中的先验结果信息；步骤二：计算综合决策结果:对于试车试验中应用多种故障检测算法的结果，利用步骤一中的先验结果信息估计最优结果，给出决策结果；步骤三：估计故障时间:通过试验得到各种故障检测算法的时间样本，对时间样本进行偏差分析计算诊断时间概率进而对故障诊断时间进行估计。本发明的方法具有提高实时故障检测的准确性和可靠性的优点。
【专利说明】-种用于航天动力系统实时故障检测的综合决策方法
【技术领域】
[0001] 本发明具体设及航天动力系统故障检测领域，特指一种应用于航天动力系统工作 过程实时故障检测的综合决策方法。
【背景技术】
[0002] 发展航天，动力先行，航天动力系统是运载火箭等航天运输工具W及卫星、空间站 等航天器系统的动力装置，其安全可靠运行对确保航天发射任务成功W及顺利开展载人航 天、探月工程等大型航天活动，至关重要。
[0003] 航天动力系统结构工况复杂，机械-流体-热动力多种工作形式高度非线性禪合， 而且由于高温、高压、强腐蚀、高密度能量释放的恶劣极致工作条件，其具有故障易发难控、 发生发展速度快、破坏性大等特点。根据文献《液体火箭推进增压输送系统》的统计，发动 机作为运载火箭的核屯、动力装置，由其故障造成的航天任务失败占到22%。
[0004] 航天动力系统实时故障检测是提高航天动力系统可靠性和安全性，确保航天任务 成功的重要前提和基础。其一方面可基于航天动力系统工作过程中实际测量的数据信息， 对动力系统是否发生故障做出及时、可靠的判断，另一方面其结果是采取紧急关机、调节工 作状态等故障控制措施的重要决策依据。
[0005] 航天动力系统实时故障检测主要包括信号处理、数学模型、人工智能S种类型。然 而，上述方法由于其基本原理、适用范围W及建立的判断准则等的不同，其对航天动力系统 故障检测的结果（包括检测到故障的时间W及对是否发生故障做出的判断）也不尽相同， 因而很难为航天动力系统工作状态的判断W及是否采取故障控制措施提供一致有用的决 策信息。为此，文献《O'Reilly D. System for Anomaly and Failure Detection(SAFT)) System Development (Final R巧ort)》（NASA CP-193907, 1993)义用一种联合应用多种故 障检测方法的综合状态决策方法。但该方法主要采用投票表决的方式，即多种故障检测方 法W少数服从多数的方法进行表决。文献《液体火箭发动机实时故障检测与报警原型系统 的设计与实现》（火箭推进，2005, 3U8) :21-25)对投票方法进行了改进，W红线关机方法 作为最底限，即当红线关机方法检测到故障时，不管其余方法是否已经检测出故障，均判断 发动机出现故障。可W看出，该方法一方面赋予了红线关机方法极高的表决权力，因此，一 旦红线关机方法给出错误结果，则整个综合状态决策方法也将做出错误的判断；另一方面， 则对其余方法赋予了同等的表决权力，而并未考虑该些方法在应用过程中的实际表现和能 力。
【发明内容】
[0006] 为克服现有方法的不足，本发明提供一种提高实时故障检测的准确性和可靠性的 应用于航天动力系统工作过程实时故障检测的综合决策方法。
[0007] 一种用于航天动力系统实时故障检测的综合决策方法，包括W下步骤：
[000引步骤一：统计各种故障检测算法在离线考核验证过程中的先验结果信息；
[0009] 步骤二：计算综合决策结果：对于试车试验中应用多种故障检测算法的结果，利 用步骤一中的先验结果信息估计最优结果，给出决策结果；
[0010] 步骤估计故障时间：通过试验得到各种故障检测算法的时间样本，对时间样 本进行偏差分析计算诊断时间概率进而对故障诊断时间进行估计。
[0011] 优选地，步骤一中统计各种故障检测算法在离线考核验证过程中的先验结果信息 的过程如下：
[0012] a、其中共计使用m组航天动力系统的历史数据对检测方法Xi进行离线考核验证， 其中，有叫1组考核验证结果属于Y 1，有叫2组考核验证结果属于Y 2,有叫3组考核验证结果 属于Ys，有叫4组考核验证结果属于Y 4，（mii+mn+mu+mi4= m)，在检测结果中，计算得到属于 Yi的百分比为^xlOO%，记为R化IX)，属于Y2的百分比为^xlOO%，记为R^IX)，属于 Ys的百分比为100%，记为R化I幻，属于Y4的百分比为100%，记为R化I幻，并有
[0013] R (Yi I 幻 +R 炸21 幻 +R 炸31 幻 +R (Yj 幻=1 (1)
[0014] b、对所有n种故障检测算法分别计算其结果，并写成矩阵的形式，有：
[0015]
【权利要求】
1. 一种用于航天动力系统实时故障检测的综合决策方法，其特征在于，包括以下步 骤： 步骤一：统计各种故障检测算法在离线考核验证过程中的先验结果信息； 步骤二：计算综合决策结果：对于试车试验中应用多种故障检测算法的结果，利用步 骤一中的先验结果信息估计最优结果，给出决策结果； 步骤三：估计故障时间：通过试验得到各种故障检测算法的时间样本，对时间样本进 行偏差分析计算诊断时间概率进而对故障诊断时间进行估计。
2. 根据权利要求1所述的用于航天动力系统实时故障检测的综合决策方法，其特征在 于，步骤一中统计各种故障检测算法在离线考核验证过程中的先验结果信息的过程如下： a、其中共计使用m组航天动力系统的历史数据对检测方法Xi进行离线考核验证，其 中，有mn组考核验证结果属于Yi，有mi2组考核验证结果属于Y2，有mi3组考核验证结果属 于Y3，有mi4组考核验证结果属于Y4，（mn+mi2+mi3+mi4=m)，在检测结果中，计算得到属于Y丄
式（2)中，第i(i=l，...，n)行的元素表示了在检测方法Xi的离线考核验证结果中， 属于YpY2、Y3、Y4的比例分布；第j(j= 1，2, 3, 4)列的元素则表示了各故障检测算法的考 核验证结果在情形Yj中的比例分布情况； 其中当系统工作状态正常，检测方法的故障检测结果也为"正常"，此类情形表示检测 方法对航天动力系统的正常工作状态没有做出错误判断，记为Y1; 当系统工作状态正常，而故障检测算法的故障检测结果为"故障"，此类情形表示故障 检测算法对航天动力系统的正常工作状态做出了错误判断，即"误检"，记为Y2; 当系统工作过程中出现故障，而故障检测算法的故障检测结果为"正常"，此类情形表 示故障检测算法未能检测到航天动力系统工作过程中的故障，即"漏检"，记为Y3; 当系统工作过程中出现故障，故障检测算法的故障检测结果也为"故障"，此类情形表 示故障检测算法能正确检测到航天动力系统工作过程中的故障，记为Y4。
3. 根据权利要求1所述的用于航天动力系统实时故障检测的综合决策方法，其特征在 于，步骤二中所述的计算综合决策结果的过程如下： 对式（2)中的矩阵每列元素相乘有
由式（1)中各个所求的值有下述方程：
其中，j= 1，2, 3, 4,计算出最大修正值，与之相对应的Yj即为综合决策的结果。
4.按照权利要求1所述的用于航天动力系统实时故障检测的综合决策方法，其特征在 于，步骤三中所述估计故障时间的过程如下： 同时应用n种故障检测方法X1,X2，…，Xn，经过k次试验方法X1检测出故障的时间 为Tl^Tl2、…、Tlk，方法X2检测出故障的时间为T2pT22、…、T2k，以此类推方法X1^ 测出故障的时间为TnnTn2、…、Tnk，当其中某种方法没有检测出故障时，设其时间为 〇，由检测时间组成的时间向量为心1=[7飞刀^_，7']，7:\:=[7'2 |.「2^_.7_2<]，...， 7' =[7<7)v.7X]，设由检测时间组成的矩阵表示为：
对于矩阵T中的每一个列向量找出最大的一个元素，例如Tl1ST2 Tn:则构造
对于某一次故障检测，设X1方法检测出故障的时间为tp乂2方检测出故障的时间为 t2，…，Xn方检测出故障的时间为tn，其中t2<…彡tn，构造矩阵
对于矩阵t第一行1，0,…，O表示方法^在^时刻监测到故障，此时方法x2、x3、…、Xn没有检测出故障用O表示，同样道理矩阵t第二行1，1，…，O表示12时刻方法X:与X2检 测到故障方法其他方法没有检测到故障，t的第三行1，1，1，0，…，O表示在t3时刻Xi、x2、 X3三种方法都检测到了故障，其它方法没有检测到故障，矩阵t其它各行情况以此类推；
【文档编号】G05B23/02GK104503435SQ201410725350
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月3日 优先权日:2014年12月3日
【发明者】吴建军, 聂侥, 刘洪刚, 程玉强, 黄强, 李艳军, 彭小辉 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学