發(fā)起的測試健康管理系統(tǒng)和方法
【專利說明】發(fā)起的測試健康管理系統(tǒng)和方法
[0001]關(guān)于聯(lián)邦資助的研宄或開發(fā)的聲明
本發(fā)明在美國空軍研宄實驗室(AFRL)獎勵的FA8650-08-D-7803下得到政府支持的情況下做出。政府在本發(fā)明中具有某些權(quán)利。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明總體涉及健康管理，并且更具體地，涉及使用各種健康相關(guān)數(shù)據(jù)確定控制效應(yīng)器(effector)的喪失的和/或剩余的功能能力的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0003]諸如各種類型的交通工具(vehicle)的各種系統(tǒng)和包括交通工具的系統(tǒng)與子系統(tǒng)可能經(jīng)受潛在嚴峻的環(huán)境條件、沖擊、震動和正常部件磨損。這些條件以及其它可能對交通工具的操作性具有有害的影響。這些有害影響如果在操作期間經(jīng)歷的話可能留下很少的時間用于糾正行動。因此，在交通工具的環(huán)境中最顯著的是，健康監(jiān)視/管理系統(tǒng)正與日俱增地被使用。交通工具健康監(jiān)視/管理系統(tǒng)監(jiān)視交通工具的各種健康相關(guān)特性。在一些實例中，這樣的操作健康特性可以被進一步分解為交通工具的主要操作系統(tǒng)和子系統(tǒng)的健康特性。
[0004]一些目前已知的交通工具健康管理系統(tǒng)包括從傳感器收集數(shù)據(jù)和其它機載信號以產(chǎn)生結(jié)果的監(jiān)視器。這些結(jié)果然后被提供給推理器(reasoner)，推理器嘗試基于該信息診斷交通工具的健康。有時，該信息緩慢地到達或者根本未到達推理器。例如，在自主交通工具的發(fā)射(lift-off)之前，命令尚未被提供給控制效應(yīng)器，并且健康管理具有的信息不足以用其來診斷效應(yīng)器健康。為了克服該缺陷，往往執(zhí)行飛行前檢查，飛行前檢查鍛煉控制效應(yīng)器以驗證它們的操作。作為第二個示例，如果可疑的效應(yīng)器故障在自主交通工具飛行期間發(fā)生，則將期望的是在開始之后盡可能快地評估效應(yīng)器的健康。因為有時其中命令為最少的飛行期間，所以評估健康可能必須有意地鍛煉可疑的效應(yīng)器而同時注意維持控制。在健康信息的量和類型或者信息的生成速率方面的缺陷可能限制健康管理系統(tǒng)提供對交通工具能力的迅速評估的能力，從而潛在地使任務(wù)、交通工具或二者處于危險當中。
[0005]因此，存在對這樣的系統(tǒng)和方法的需要，所述系統(tǒng)和方法將加速至健康管理系統(tǒng)的信息流，以能夠提供對系統(tǒng)健康的更迅速的診斷。本發(fā)明至少解決了該需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]提供本概述來以簡化形式描述在【具體實施方式】中進一步描述的選擇概念。本概述并不意圖標識所要求保護的主題的關(guān)鍵或必要特征，也不意圖用作在確定所要求保護的主題的范圍中的幫助。
[0007]在一個實施例中，一種用于驗證控制效應(yīng)器的響應(yīng)能力的方法包括:在測試模塊中至少處理命令數(shù)據(jù)和與控制效應(yīng)器相關(guān)聯(lián)的傳感器數(shù)據(jù)，以生成代表控制效應(yīng)器健康的控制效應(yīng)器健康數(shù)據(jù)。在推理器中處理控制效應(yīng)器健康數(shù)據(jù)以:選擇性控訴(indict)和清除一個或多個故障，基于所控訴的一個或多個故障確定失效是不確定的，確定一個或多個測試激勵信號以供應(yīng)給所述控制效應(yīng)器來驗證不確定失效是存在還是不存在，以及向能與所述控制效應(yīng)器操作地通信的控制器供應(yīng)所述一個或多個測試激勵信號。
[0008]在另一實施例中，一種用于確定控制效應(yīng)器的響應(yīng)能力的系統(tǒng)，包括測試模塊和推理器。測試模塊被適配成至少接收命令數(shù)據(jù)和與控制效應(yīng)器相關(guān)聯(lián)的傳感器數(shù)據(jù)。所述測試模塊被配置為在接收這些數(shù)據(jù)時生成代表控制效應(yīng)器健康的控制效應(yīng)器健康數(shù)據(jù)。推理器被耦合來接收所述控制效應(yīng)器健康數(shù)據(jù)并且被配置為響應(yīng)于其而(i )選擇性控訴和清除一個或多個故障，(ii )確定可被所控訴的一個或多個故障引起的可疑失效，(iii )確定一個或多個測試激勵信號以供應(yīng)給所述控制效應(yīng)器來驗證所述可疑失效是否是實際失效，以及(iv)向能與所述控制效應(yīng)器操作地通信的控制器供應(yīng)所述一個或多個測試激勵信號。
[0009]此外，根據(jù)后續(xù)的【具體實施方式】、結(jié)合附圖和該背景，發(fā)起的測試健康管理系統(tǒng)和方法的其它期望特征和特性將變得清楚。
【附圖說明】
[0010]后文將結(jié)合以下附圖來描述本發(fā)明，其中，相同的附圖標記表示相同的元素，并且其中:
圖1描繪了示例交通工具引導和控制系統(tǒng)的實施例的功能框圖；
圖2描繪了可以在圖1的系統(tǒng)中使用的子系統(tǒng)健康管理系統(tǒng)的示例性實施例的功能框圖；
圖3描繪了推理器的示例知識庫，其圖示了子系統(tǒng)健康管理系統(tǒng)的功能的一部分；
圖4用圖形描繪了子系統(tǒng)健康管理系統(tǒng)的總體功能的簡化表示；
圖5-8以ISO 10303-11 EXPRESS-G格式描繪了可以在子系統(tǒng)健康管理系統(tǒng)中使用的推理器的知識庫的信息模型；
圖9-11以流程圖形式描繪了可以在圖2的推理器中實現(xiàn)來驗證可疑故障的不同過程；
以及
圖12用圖形描繪了用于圖1的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，其中連續(xù)域控制效應(yīng)器遭受降級域限制失效。
【具體實施方式】
[0011]以下【具體實施方式】本質(zhì)上僅僅是示例性的并且不意圖限制本發(fā)明或本發(fā)明的應(yīng)用和使用。如本文所使用的，詞語“示例性的”意指“充當示例、實例或說明”。因此，本文中描述為“示例性的”任何實施例不一定解釋為對于其它實施例是優(yōu)選或有利的。本文描述的所有實施例是示例性實施例，其提供來使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出或使用本發(fā)明并且不限制權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍。此外，不意圖由前面的技術(shù)領(lǐng)域、【背景技術(shù)】、
【發(fā)明內(nèi)容】
或以下【具體實施方式】中給出的任何明示或暗示的理論來限界。
[0012]交通工具引導和控制系統(tǒng)100的實施例的功能框圖在圖1中描繪，并且包括交通工具控制系統(tǒng)102和一個或多個子系統(tǒng)健康管理系統(tǒng)104 (例如，104-1、104-2、104-3……104-N)。交通工具控制系統(tǒng)102實現(xiàn)至少一個或多個自適應(yīng)控制法則，其生成并向在例如交通工具110中或上的各種部件109供應(yīng)各種命令106。這些部件可以不同，但是至少包括多個控制效應(yīng)器(例如，109-1、109-2、109-3……109-N)，所述控制效應(yīng)器被配置為控制例如一個或多個設(shè)備的位置。
[0013]交通工具控制系統(tǒng)102還從例如交通工具110中或上的各種傳感器接收反饋108，并從一個或多個子系統(tǒng)健康管理系統(tǒng)104接收數(shù)據(jù)112。交通工具控制系統(tǒng)102中的一個或多個控制法則是自適應(yīng)控制法則，因為這些控制法則自適應(yīng)地對從一個或多個子系統(tǒng)健康管理系統(tǒng)104供應(yīng)的數(shù)據(jù)做出響應(yīng)。交通工具控制系統(tǒng)102中實現(xiàn)的自適應(yīng)控制法則的典型響應(yīng)是將去往效應(yīng)器的進一步命令限制為其減小的可用范圍，并且當必要時更多地利用其它效應(yīng)器以維持控制。進一步的響應(yīng)可以包括改變交通工具的操作的包絡(luò)(envelope)和改變?nèi)蝿?wù)計劃?？梢允褂帽绢I(lǐng)域公知的許多已知自適應(yīng)控制法則方案中的任何一種來實現(xiàn)自適應(yīng)控制法則。
[0014]子系統(tǒng)健康管理系統(tǒng)104中的一個或多個被耦合來接收各種輸入，諸如供應(yīng)到交通工具控制系統(tǒng)102和/或?qū)Ｓ糜诮】当O(jiān)視的傳感器的命令106和反饋108的至少一部分。這一個或多個子系統(tǒng)健康管理系統(tǒng)104部分基于這些輸入被附加地配置為檢測、隔離和量化可能在相關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的各種故障、失效和降級，并且將代表其的數(shù)據(jù)供應(yīng)到交通工具控制系統(tǒng)102中的自適應(yīng)控制法則。為了向交通工具控制系統(tǒng)102提供最準確的信息，子系統(tǒng)健康管理系統(tǒng)104被配置為不僅報告全部功能失效，而且還報告能力的參數(shù)化降級。因此，這些子系統(tǒng)健康管理系統(tǒng)104被配置為處理各種診斷復雜性，包括但不限于:模糊性、等待時間、漏報和假警報?，F(xiàn)在參照圖2，描繪了子系統(tǒng)健康管理系統(tǒng)104的示例性實施例的功能框圖，并且現(xiàn)在將對其進行描述。
[0015]示例性子系統(tǒng)健康管理系統(tǒng)104包括測試模塊202和子系統(tǒng)推理器204。測試模塊202被耦合來至少接收命令數(shù)據(jù)和與控制效應(yīng)器109中的一個或多個相關(guān)聯(lián)的傳感器數(shù)據(jù)，并且被配置為在接收到這些數(shù)據(jù)時生成代表控制效應(yīng)器健康的控制效應(yīng)器健康數(shù)據(jù)。在具體實施例中，測試模塊202被配置為連續(xù)或間歇地對相關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)(例如，控制效應(yīng)器)實現(xiàn)各種測試和/或測量，并且生成代表子系統(tǒng)健康的健康數(shù)據(jù)(例如，健康良好/健康差)。然后將健康數(shù)據(jù)供應(yīng)到子系統(tǒng)推理器204。測試模塊202生成和供應(yīng)的健康數(shù)據(jù)可以改變，并且可以包括例如用以指示子系統(tǒng)的部件或部分是健康的/不健康的通過(PASS)/失敗(FAIL)數(shù)據(jù)。健康數(shù)據(jù)可以附加地包括這樣的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)指示特定的條件對于執(zhí)行測試是不恰當?shù)?，諸如返回結(jié)果NOT_AVAILABLE (不可用)或保持靜默。一些測試可以具有兩個或更多失效準則。對于這樣的測試，健康數(shù)據(jù)可以包括有限制的失敗數(shù)據(jù)，諸如，例如通過/失敗-HI/失敗-LO等。如可以意識到的，不同的失效準則可能導致不同的失效結(jié)論。
[0016]將意識到，測試模塊202可以不同地配置為實現(xiàn)其功能。然而，在所描繪的實施例中，測試模塊202使用一個或多個內(nèi)建測試模塊206(例如，206-1、206-2、206-3……206-N)和一個或多個監(jiān)視器模塊208 (208-1,208-2,208-3……208-N)來實現(xiàn)其功能。如所公知的，內(nèi)建測試(BIT)模塊206被配置為在子系統(tǒng)和/或部件上實現(xiàn)一個或多個測試過程以確定子系統(tǒng)和/或部件是否在正確地起作用。
[0017]監(jiān)視器模塊208 (其在本文也可以稱為參數(shù)化限制監(jiān)視器模塊)被配置為接收代表一個或多個子系統(tǒng)參數(shù)的各種數(shù)據(jù)，并且確定未被BIT模塊206測試(或可能未被BIT模塊206充分測試)的子系統(tǒng)和/或部件是否正確地起作用。此外，監(jiān)視器模塊208中的一個