一種液氫加注系統(tǒng)故障診斷和實時報警方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種液氫加注系統(tǒng)故障診斷和實時報警方法，包括以下步驟：S1：分析液氫加注系統(tǒng)故障模式；S2：通過統(tǒng)計分析歷史數(shù)據(jù)獲取各個故障發(fā)生的概率密度函數(shù)；S3：采用動態(tài)加權(quán)故障樹獲取整個系統(tǒng)故障的發(fā)生率；S4：利用危險分析方法對系統(tǒng)事故產(chǎn)生與危險傳播過程進(jìn)行描述；S5：結(jié)合事故造成的人員傷亡、財產(chǎn)損失和社會影響，獲取系統(tǒng)損失函數(shù)；S6：采用危險率對系統(tǒng)運行性能進(jìn)行評估，實現(xiàn)系統(tǒng)動態(tài)報警。本發(fā)明利用動態(tài)加權(quán)故障樹實現(xiàn)液氫加注系統(tǒng)的實時動態(tài)描述，更快速地獲取系統(tǒng)實時故障發(fā)生率。本發(fā)明采用危險分析技術(shù)實現(xiàn)事故發(fā)生和危險傳遞的動態(tài)刻畫，實時評估系統(tǒng)運行性能，實現(xiàn)系統(tǒng)動態(tài)報警，進(jìn)而給出系統(tǒng)檢修時間。
【專利說明】
一種液氫加注系統(tǒng)故障診斷和實時報警方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及故障模式分析、危險分析和實時報警領(lǐng)域，特別涉及液氫加注系統(tǒng)故障診斷及實時報警方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著載人航天、大型通信衛(wèi)星、深空探測等空間應(yīng)用的迅速發(fā)展，對液氫加注系統(tǒng)的性能和安全性的要求也日益提高，液氫加注系統(tǒng)的故障診斷和實時報警方法研究越來越受到重視。液氫加注系統(tǒng)作為保障火箭燃料補給的重要地面設(shè)備，主要包括液路系統(tǒng)和氣路系統(tǒng)。主要功能是按要求的流量和壓力向燃燒室輸送推進(jìn)劑，是整個試驗臺的動力源，地位極其重要。由于低溫燃料和發(fā)射窗口的限制，液氫加注系統(tǒng)的運行性能直接影響發(fā)射任務(wù)的成敗。加注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以建立精確的模型，在其故障診斷和實時報警中主要使用的方法是定性分析方法。這類方法主要包括故障模式影響分析方法和故障樹分析方法。1950年，美國古拉曼公司為了研究飛機主操縱系統(tǒng)可靠性提出了失效模式影響及危害度分析技術(shù)，并廣泛應(yīng)用于機械、電氣、電子產(chǎn)品等系統(tǒng)安全性評估;故障樹分析法于1961年由美國貝爾實驗室首創(chuàng)，1962年應(yīng)用于分析導(dǎo)彈發(fā)射控制系統(tǒng)，其后被波音公司應(yīng)用于安全性分析，推廣應(yīng)用到航天部門及核能、化工等許多領(lǐng)域，成為復(fù)雜系統(tǒng)可靠性和安全性分析的一個有力工具，也是事故分析，特別是航天事故分析的一個重要手段。目前使用的故障樹分析方法主要包括靜態(tài)故障樹和動態(tài)故障樹分析方法。它們在對系統(tǒng)故障模式進(jìn)行分析沒有考慮系統(tǒng)故障的動態(tài)更新問題和各個故障對系統(tǒng)失效的貢獻(xiàn)之間存在動態(tài)相關(guān)性。
[0003]從定性系統(tǒng)故障診斷和實時報警技術(shù)的發(fā)展來看，基于動態(tài)更新的故障樹分析方法是未來故障分析的發(fā)展趨勢。該分析方法采用圖形方式直觀形象地展現(xiàn)故障事件的邏輯關(guān)系，不僅能夠進(jìn)一步獲得更加全面的故障庫，動態(tài)更新故障之間的相關(guān)關(guān)系和關(guān)聯(lián)關(guān)系，也可以用于分析系統(tǒng)各種故障狀態(tài)及其對系統(tǒng)影響，以及導(dǎo)致這些故障的原因等。因此，該方法適用于系統(tǒng)壽命周期的任何階段，較好地解決系統(tǒng)故障診斷和實時報警問題。
[0004]當(dāng)前的故障診斷和實時報警方法具有分析不全面、不能實時動態(tài)更新故障庫、難以描述故障對系統(tǒng)的影響程度、實時性差等特點。
[0005]因此，急需一種全面、快速、實時和準(zhǔn)確實現(xiàn)系統(tǒng)故障診斷和實時報警的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種快速、實時和精確的復(fù)雜系統(tǒng)故障診斷和實時報警方法。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明提供的一種液氫加注系統(tǒng)故障診斷及實時報警方法，包括以下步驟:
[0009]S1:分析航天發(fā)射場加注系統(tǒng)故障模式；
[0010]S2:通過統(tǒng)計分析歷史數(shù)據(jù)獲取各個故障發(fā)生的概率密度函數(shù)；
[0011]S3:采用動態(tài)加權(quán)故障樹獲取整個系統(tǒng)故障的發(fā)生率；
[0012]S4:利用危險分析方法對系統(tǒng)事故產(chǎn)生與危險傳播過程進(jìn)行描述；
[0013]S5:結(jié)合事故造成的人員傷亡、財產(chǎn)損失和社會影響，獲取系統(tǒng)損失函數(shù)；
[0014]S6:采用危險率評估系統(tǒng)運行性能，實現(xiàn)系統(tǒng)實時報警。
[0015]進(jìn)一步，所述步驟S3中的動態(tài)加權(quán)故障樹，具體步驟如下:
[0016]S31:利用危險分析方法確定系統(tǒng)故障頂事件；
[0017]S32:根據(jù)從上到下的搜索分析方法確定下一層故障事件；
[0018]S33:利用邏輯分析方法分析下層故障引起上層故障事件的動態(tài)權(quán)重；
[0019]S34:根據(jù)邏輯門計算方法，確定系統(tǒng)頂事件發(fā)生概率。
[0020]進(jìn)一步，所述步驟S33中的動態(tài)權(quán)重確定方法是通過各個時刻系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)，運行工況唯一確定的。
[0021 ]進(jìn)一步:所述步驟S33中的動態(tài)邏輯門計算主要包括與門和或門。?0022] 進(jìn)一步:所述步驟S4中的危險分析方法，其具體步驟如下:
[0023]S41:利用定性方法確定系統(tǒng)故障到事故的危險因素；
[0024]S42:利用隨機分析方法確定引發(fā)事故的必要條件概率；
[0025]S43:通過將系統(tǒng)頂事件發(fā)生概率和必要條件概率相乘得到系統(tǒng)事故的發(fā)生概率；
[0026]S44:結(jié)合事故的損失函數(shù)得出系統(tǒng)的危險程度。
[0027]進(jìn)一步，所述步驟S42利用的隨機分析方法主要包括馬爾可夫序列分析方法。
[0028]進(jìn)一步，所述步驟S44中的損失函數(shù)是通過對歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析得到的。
[0029]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明將動態(tài)加權(quán)故障樹分析方法應(yīng)用于航天加注系統(tǒng)故障分析中，結(jié)合系統(tǒng)事故損失函數(shù)，采用動態(tài)風(fēng)險分析方法實現(xiàn)系統(tǒng)風(fēng)險概率的實時、動態(tài)、高效的計算，并給出系統(tǒng)故障診斷和實時報警結(jié)果，同時也給出了系統(tǒng)檢修時間。
[0030]本發(fā)明采用動態(tài)加權(quán)故障樹分析方法進(jìn)行故障分析，能夠更好的確定系統(tǒng)故障之間的邏輯關(guān)系。利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和LOGISC回歸方法揭示各個故障之間的相關(guān)關(guān)系。通過科學(xué)的設(shè)置故障樹各層的動態(tài)權(quán)重，能夠?qū)崟r準(zhǔn)確地計算出故障的發(fā)生概率。結(jié)合動態(tài)風(fēng)險分析方法，系統(tǒng)全面地描述了故障引發(fā)事故的發(fā)生機制，以及事故的演化機制。利用風(fēng)險率計算結(jié)果對系統(tǒng)全生命周期的性能進(jìn)行評估，實現(xiàn)系統(tǒng)動態(tài)報警以及確定系統(tǒng)的檢修時間。
【附圖說明】
[0031]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述，其中:
[0032]圖1為液氫加注系統(tǒng)動態(tài)加權(quán)故障樹分析結(jié)果；
[0033]圖2為基于動態(tài)風(fēng)險分析方法的系統(tǒng)風(fēng)險率計算流程。
【具體實施方式】
[0034]下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0035]以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例子進(jìn)行詳細(xì)的描述;應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實施例子僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0036]圖1為液氫加注系統(tǒng)動態(tài)加權(quán)故障樹分析結(jié)果，其中:com—n表示故障樹第m層的第η個故障，χι表示第i個故障，X1表示系統(tǒng)的故障分類模式；圖2為基于動態(tài)風(fēng)險分析方法的系統(tǒng)風(fēng)險率計算流程。如圖1和圖2所示，本實施例子提供的液氫加注系統(tǒng)故障診斷及實時報警方法，包括以下步驟:
[0037]S1:分析航天發(fā)射場加注系統(tǒng)故障模式；
[0038]S2:通過統(tǒng)計分析歷史數(shù)據(jù)獲取各個故障發(fā)生的概率密度函數(shù)；
[0039]S3:采用動態(tài)加權(quán)故障樹獲取整個系統(tǒng)故障的發(fā)生率；
[0040]S4:利用危險分析方法對系統(tǒng)事故產(chǎn)生與危險傳播過程進(jìn)行描述；
[0041]S5:結(jié)合事故造成的人員傷亡、財產(chǎn)損失和社會影響，獲取系統(tǒng)損失函數(shù)；
[0042]S6:采用危險率評估系統(tǒng)運行性能，實現(xiàn)系統(tǒng)動態(tài)報警和確定系統(tǒng)維修時間。
[0043]運用動態(tài)加權(quán)故障樹分析方法對液氫加注系統(tǒng)進(jìn)行描述，其中最重要的是動態(tài)權(quán)重的確定，以及系統(tǒng)故障的分類方法。其具體步驟為:經(jīng)過對大量歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，對每一個故障進(jìn)行編號(Xi，i = I，2，…η)并建立加注系統(tǒng)的故障庫，其中故障樹隨著新的故障的增加不斷的實時動態(tài)更新保障故障庫中擁有全部已經(jīng)發(fā)生的故障。利用故障樹從上到下的演繹分析方法，建立加注系統(tǒng)的靜態(tài)故障樹，其中中間層為系統(tǒng)的故障分類模式，用X1, i = l，2，3，4。通過加注系統(tǒng)蘊含的歷史信息和領(lǐng)域?qū)＜掖蚍值姆绞酱_定下一級故障對上一級故障影響的動態(tài)權(quán)重ωη—η。結(jié)合故障樹的邏輯計算方法得出系統(tǒng)故障的發(fā)生率。
[0044]動態(tài)加權(quán)故障樹分析方法的具體步驟如下:
[0045]S31:利用危險分析方法確定系統(tǒng)故障頂事件；
[0046]S32:根據(jù)從上到下的收索分析方法確定下一層故障事件；
[0047]S33:利用邏輯分析方法分析下層故障引起上層故障事件的動態(tài)權(quán)重；
[0048]S34:根據(jù)邏輯門計算方法，確定系統(tǒng)頂事件發(fā)生概率。
[0049]所述的危險分析方法，其具體步驟如下:
[0050]S41:利用定性方法確定系統(tǒng)故障到事故的危險因素；
[0051]S42:利用隨機分析方法確定引發(fā)事故的必要條件的出現(xiàn)概率；
[0052]S43:通過將兩者的概率相乘得到系統(tǒng)事故的發(fā)生概率；
[0053]S44:結(jié)合事故的損失函數(shù)得出系統(tǒng)的危險程度。
[0054]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例子，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變形而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣倘若本發(fā)明的這些修改和變形屬于本發(fā)明權(quán)利要求極其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變形在內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種液氫加注系統(tǒng)故障診斷及實時報警方法，其特征在于:包括以下步驟: S1:分析航天發(fā)射場加注系統(tǒng)故障模式； S2:通過統(tǒng)計分析歷史數(shù)據(jù)獲取各個故障發(fā)生的概率密度函數(shù)； S3:采用動態(tài)加權(quán)故障樹獲取整個系統(tǒng)故障的發(fā)生率； S4:利用危險分析方法對系統(tǒng)事故產(chǎn)生與危險傳播過程進(jìn)行描述； S5:結(jié)合事故造成的人員傷亡、財產(chǎn)損失和社會影響，獲取系統(tǒng)損失函數(shù)； S6:采用危險率評估系統(tǒng)運行性能，實現(xiàn)系統(tǒng)實時報警。 所述步驟S3中的動態(tài)加權(quán)故障樹，具體步驟如下: S31:利用危險分析方法確定系統(tǒng)故障頂事件； S32:根據(jù)從上到下的收索分析方法確定下一層故障事件； S33:利用邏輯分析方法分析下層故障引起上層故障事件的動態(tài)權(quán)重； S34:根據(jù)邏輯門計算方法，確定系統(tǒng)頂事件發(fā)生概率P1。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液氫加注系統(tǒng)故障診斷及實時報警方法，其特征在于:所述步驟S33中的動態(tài)權(quán)重確定方法是通過各個時刻系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)和運行工況唯一確定的。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液氫加注系統(tǒng)故障診斷及實時報警方法，其特征在于:所述步驟S33中的動態(tài)邏輯門計算主要包括與門和或門。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液氫加注系統(tǒng)故障診斷及實時報警方法，其特征在于:所述步驟S4中的危險分析方法，其具體步驟如下: S41:利用定性方法確定系統(tǒng)故障到事故的危險因素； S42:利用隨機分析方法確定引發(fā)事故的必要條件概率P2; S43:通過將系統(tǒng)頂事件發(fā)生概率Pi和必要條件概率P2相乘得到系統(tǒng)事故的發(fā)生概率P=Pi X P2； S44:結(jié)合事故的損失函數(shù)得出系統(tǒng)的危險程度。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液氫加注系統(tǒng)故障診斷及實時報警方法，其特征在于:所述步驟S42利用的隨機分析方法主要包括馬爾可夫序列分析方法。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液氫加注系統(tǒng)故障診斷和報警方法，其特征在于:所述步驟S44中的損失函數(shù)是通過對歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析得到的。
【文檔編號】G05B23/02GK106094783SQ201610367743
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】柴毅, 張可, 毛永芳, 馮莉, 楊志敏
【申請人】重慶大學(xué)