本發(fā)明屬于航天健康管理，具體涉及一種器地一體化健康管理半實(shí)物仿真驗(yàn)證系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、重復(fù)使用運(yùn)載器是當(dāng)前世界航天運(yùn)載器的發(fā)展趨勢，其與傳統(tǒng)的一次性運(yùn)載器相比，重復(fù)使用運(yùn)載器飛行環(huán)境嚴(yán)酷、系統(tǒng)復(fù)雜、故障耦合性強(qiáng)、故障率高，對故障進(jìn)行準(zhǔn)確診斷、定位的難度大，對可靠性、安全性以及自主保障的要求更加嚴(yán)格。因此，實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用運(yùn)載器的預(yù)測與健康管理，是實(shí)現(xiàn)運(yùn)載器重復(fù)使用的重要途徑。

2、圍繞解決重復(fù)使用運(yùn)載器“故障診斷與預(yù)測、維修輔助決策、智能視情維修”等運(yùn)行需求，需通過器上和地面健康管理設(shè)備共同作用，實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用運(yùn)載器從射前、飛行中到返回后的全壽命周期狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷與重構(gòu)、輔助決策與維修等功能。

3、器上及地面健康管理設(shè)備需要通過構(gòu)建器地一體化半實(shí)物仿真驗(yàn)證系統(tǒng)，驗(yàn)證健康管理系統(tǒng)在不同總線以及不同運(yùn)行環(huán)境下的運(yùn)行速度和推理效率，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)健康管理方案的快速迭代優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過體系架構(gòu)的測試和驗(yàn)證，可以發(fā)現(xiàn)和解決健康管理系統(tǒng)在特定運(yùn)行環(huán)境下潛在的問題，進(jìn)一步提升健康管理系統(tǒng)的性能和效率，并能夠?qū)崿F(xiàn)健康管理方案迅速優(yōu)化和完善的目標(biāo)，從而適應(yīng)不斷變化的任務(wù)需求和環(huán)境條件。

4、目前國外新型運(yùn)載器針對器上及地面健康管理設(shè)備，構(gòu)建器地一體化半實(shí)物仿真驗(yàn)證系統(tǒng)，國內(nèi)仍處于技術(shù)攻關(guān)階段，在系統(tǒng)架構(gòu)、驗(yàn)證方式等方面仍需要進(jìn)一步研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種器地一體化健康管理半實(shí)物仿真驗(yàn)證系統(tǒng)，系統(tǒng)針對重復(fù)使用運(yùn)載器飛行過程中存在的電氣、動力、控制類故障，開展故障數(shù)字或半實(shí)物注入，通過對故障狀態(tài)下的飛行過程進(jìn)行仿真，驗(yàn)證器上及地面健康管理設(shè)備故障診斷與重構(gòu)算法的正確性。

2、系統(tǒng)通過接入半實(shí)物仿真設(shè)備，增加故障注入的真實(shí)性、合理性；通過接入型號研制設(shè)備，完成故障注入、故障診斷與定位、器上應(yīng)急處置與定位、地面自主保障等技術(shù)驗(yàn)證，考核各項(xiàng)故障判據(jù)、故障診斷策略、故障重構(gòu)策略的正確性與合理性，驗(yàn)證驗(yàn)證典型系統(tǒng)嚴(yán)重故障檢測率、嚴(yán)重故障隔離率等指標(biāo)。

3、本發(fā)明提供一種重復(fù)使用運(yùn)載器器地一體化健康管理仿真驗(yàn)證系統(tǒng)，由健康管理仿真調(diào)度與驗(yàn)證平臺、器上健康管理單機(jī)、地面自主保障系統(tǒng)、半實(shí)物故障注入設(shè)備、控制系統(tǒng)仿真設(shè)備和視景設(shè)備組成。

4、仿真驗(yàn)證系統(tǒng)通過1553b總線或以太網(wǎng)對健康管理仿真調(diào)度與驗(yàn)證平臺與器上健康管理單機(jī)、地面自主保障系統(tǒng)、控制系統(tǒng)仿真設(shè)備、半實(shí)物故障注入設(shè)備和視景設(shè)備進(jìn)行連接。

5、健康管理仿真調(diào)度與驗(yàn)證平臺負(fù)責(zé)完成健康管理數(shù)學(xué)模型與算法配置、仿真模型管理與分發(fā)、仿真試驗(yàn)調(diào)度與管理、接口封裝與人機(jī)交互、故障模擬注入、數(shù)據(jù)管理與調(diào)度以及信息可視化等功能，實(shí)現(xiàn)對半實(shí)物仿真系統(tǒng)的管理與調(diào)度，形成可視化信息展示平臺。

6、器上健康管理單機(jī)為驗(yàn)證設(shè)備，負(fù)責(zé)獲取運(yùn)載器飛行過程中各系統(tǒng)的狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，通過器上故障診斷與定位軟件，完成飛行過程中運(yùn)載器關(guān)鍵部位的狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷與定位、故障重構(gòu)判斷等功能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)載器在飛行過程中對運(yùn)載器系統(tǒng)級故障的應(yīng)急處置。

7、地面自主保障系統(tǒng)為驗(yàn)證設(shè)備，負(fù)責(zé)運(yùn)載器飛行結(jié)束后，通過地面自主保障與維修輔助軟件，完成運(yùn)載器全系統(tǒng)故障診斷，自主生成維修輔助決策方案，輔助開展運(yùn)載器地面維修保障工作。

8、半實(shí)物故障注入設(shè)備負(fù)責(zé)完成在運(yùn)載器中電氣類、動力類、控制類典型故障的半實(shí)物故障注入，電氣類故障主要包括1553b總線、422串口通信、i/o信號等故障注入，動力類故障主要包括主發(fā)動機(jī)推力下降、rcs開啟/關(guān)閉失效等故障注入，控制類故障主要包括控制舵(副翼、方向舵)等伺服機(jī)構(gòu)故障注入。

9、控制系統(tǒng)仿真設(shè)備負(fù)責(zé)完成運(yùn)載器飛行狀態(tài)的實(shí)時(shí)仿真與姿態(tài)控制，由飛行仿真機(jī)和控制飛控機(jī)兩部分組成，其中仿真機(jī)運(yùn)行運(yùn)載器飛行仿真模型，飛控機(jī)運(yùn)行控制模型與故障重構(gòu)算法。

10、視景設(shè)備負(fù)責(zé)完成運(yùn)載器飛行過程和狀態(tài)可視化展示。

11、進(jìn)一步地，各健康管理仿真驗(yàn)證系統(tǒng)信息傳遞關(guān)系如下：

12、健康管理仿真調(diào)度與驗(yàn)證平臺將存儲的數(shù)學(xué)模型與算法、仿真模型通過數(shù)據(jù)總線傳遞給各設(shè)備，調(diào)度管理器地一體化仿真驗(yàn)證試驗(yàn)。

13、故障注入設(shè)備接收平臺發(fā)送的故障注入指令，通過設(shè)備完成故障半實(shí)物仿真，并將故障仿真數(shù)據(jù)傳遞給健康管理仿真調(diào)度與驗(yàn)證平臺、器上健康管理單機(jī)和地面自主保障系統(tǒng)。

14、控制系統(tǒng)仿真設(shè)備接收平臺發(fā)送的故障注入指令，完成故障狀態(tài)下飛行狀態(tài)仿真，并將仿真結(jié)果傳遞給器上健康管理單機(jī)進(jìn)行應(yīng)急處置決策，并將重構(gòu)指令發(fā)送給飛控機(jī)，如需進(jìn)行重構(gòu)，則飛控機(jī)通過重構(gòu)算法，完成故障飛行下軌跡的重新規(guī)劃，使運(yùn)載器可以滿足應(yīng)急返回要求，并將重構(gòu)結(jié)果傳遞給仿真驗(yàn)證平臺。

15、器上健康管理單機(jī)接收平臺傳輸?shù)墓收显\斷算法和控制仿真設(shè)備、故障注入設(shè)備發(fā)送的仿真數(shù)據(jù)，通過器上故障診斷與定位軟件完成器上仿真數(shù)據(jù)的健康監(jiān)測、診斷與定位、故障重構(gòu)判斷，并將故障重構(gòu)指令發(fā)送給控制系統(tǒng)仿真設(shè)備開展運(yùn)載器飛行故障重構(gòu)，故障診斷結(jié)果傳遞給健康管理仿真調(diào)度與驗(yàn)證平臺，以驗(yàn)證器上診斷算法的合理性。

16、地面自主保障系統(tǒng)接收平臺傳輸?shù)墓收显\斷算法和控制仿真設(shè)備、故障注入設(shè)備發(fā)送的仿真數(shù)據(jù)，通過地面自主保障與維修輔助軟件完成仿真數(shù)據(jù)的診斷與定位、全壽命周期信息配置和維修輔助決策，并將故障診斷結(jié)果傳遞給健康管理仿真調(diào)度與驗(yàn)證平臺，以驗(yàn)證地面診斷算法的合理性。

17、視景設(shè)備接收控制仿真設(shè)備發(fā)送的飛行仿真數(shù)據(jù)，對運(yùn)載器飛行狀態(tài)進(jìn)行可視化展示。

18、進(jìn)一步地，健康管理仿真調(diào)度與驗(yàn)證平臺具體包括健康管理配置模塊、仿真配置模塊、通信接口配置模塊、故障注入模塊、性能評估模塊和健康管理顯示模塊，從而實(shí)現(xiàn)健康管理仿真驗(yàn)證系統(tǒng)的仿真調(diào)度和健康管理功能。

19、健康管理配置模塊可對健康管理使用的數(shù)據(jù)源和算法進(jìn)行配置。配置信息可以由平臺軟件傳遞給健康管理容器，從而實(shí)現(xiàn)健康管理配置功能。

20、仿真配置模塊主要包含仿真模型分發(fā)配置模塊和仿真參數(shù)配置模塊。仿真模型分發(fā)配置模塊是對仿真容器運(yùn)行的仿真模型的類型和初始參數(shù)進(jìn)行配置；仿真參數(shù)配置模塊是對仿真的通用參數(shù)進(jìn)行配置，如仿真步長，采樣時(shí)間等。

21、故障注入功能模塊是指對正常運(yùn)行的仿真節(jié)點(diǎn)進(jìn)行故障注入，平臺通過發(fā)送故障的注入信息使仿真容器進(jìn)入故障仿真狀態(tài)從而實(shí)現(xiàn)故障注入功能。

22、性能評估模塊可對健康管理系統(tǒng)的性能進(jìn)行評估。通過綜合故障注入信號，故障信號和診斷性能指標(biāo)信號，可以對系統(tǒng)的故障告警時(shí)延，故障推理實(shí)時(shí)性和健康管理算法性能進(jìn)行評估。

23、健康管理顯示模塊主要是對系統(tǒng)的健康狀態(tài)進(jìn)行顯示，主要包括測點(diǎn)顯示模塊和故障顯示模塊。測點(diǎn)顯示模塊可以對測點(diǎn)的故障狀態(tài)進(jìn)行顯示，用來判斷故障注入是否成功以及故障注入模式是否正確等；故障顯示模塊是對系統(tǒng)的整體故障診斷結(jié)果進(jìn)行顯示，其相對于測點(diǎn)顯示更加宏觀，能夠直接顯示當(dāng)前系統(tǒng)發(fā)生了何種故障。

24、本發(fā)明的有益效果如下：

25、1.本發(fā)明通過構(gòu)建器地一體化健康管理半實(shí)物仿真驗(yàn)證系統(tǒng)，通過運(yùn)載器飛行仿真設(shè)備和半實(shí)物故障注入設(shè)備，實(shí)現(xiàn)運(yùn)載器飛行過程中故障仿真；

26、2.本發(fā)明仿真驗(yàn)證系統(tǒng)按照運(yùn)載器飛行過程中、返回后的全生命周期進(jìn)行仿真，可以有效對器上健康管理單機(jī)、地面自主保障設(shè)備故障診斷、定位與重構(gòu)的算法和硬件接口進(jìn)行驗(yàn)證；

27、3.本發(fā)明通過健康管理仿真調(diào)度與驗(yàn)證平臺對整個(gè)系統(tǒng)的模型和算法進(jìn)行統(tǒng)一管理，便于各設(shè)備模型和算法進(jìn)行更新，具有通用性，可以滿足不同構(gòu)型、不同系統(tǒng)的健康管理仿真驗(yàn)證需求。