一种电子扫描阀测压系统故障自动诊断检查方法

摘要

本发明公开一种电子扫描阀测压系统故障自动诊断检查的方法，是为了实现对电子扫描阀测压系统进行快速的、智能化的诊断检查，及时发现并定位测压系统中设备的故障。采用本方法，实现了对电子扫描阀测压系统的自动识别和智能诊断，特别是能对全封闭测压模块的快速定位和故障诊断，提高了测压试验的质量效率。

说明书

技术领域

本发明属航空航天工业空气动力学风洞试验技术领域，涉及一种电子扫描 阀测压系统故障自动诊断检查的方法。

背景技术

测压试验是风洞试验中基本的试验方法之一，目的是为飞行器结构强度计 算分析、流动特性分析和气动设计提供依据，是研究飞行器气动特性、获得气 动载荷的重要手段。电子扫描阀测压系统是一套可实现多点压力采集及处理的 系统，具有测点多、扫描速度快、测量精准度高等突出优点，因此被广泛应用 于风洞测压试验。

电子扫描阀测压系统主要由监控管理计算机、系统处理器、采集传输单元、 压力校准单元、测压模块、电缆、光缆及气路等组成。电子扫描阀测压系统组 成原理图见图1。

监控管理计算机是操作者与电子扫描阀测压系统之间的接口，负责监控、 管理、控制电子扫描阀测压系统工作；系统处理器是电子扫描阀测压系统的中 央处理器，负责接收来自监控管理计算机的指令并协调指挥系统中的其它工作 单元完成校准、采集、计算等任务；采集传输单元：负责扫描采集电子扫描阀 测压系统中的压力传感器信号并通过光缆将采集数据回传给系统处理器；压力 校准单元为实时校准测压模块提供高精准度的标准压力；测压模块是电子扫描 阀测压系统中的核心设备，主要由16～64套压力传感器、温度传感器、气路 切换阀体、多路选择开关及集成电路等高度集成于一体，完成16～64点压力 的测量；电缆、光缆负责系统中各单元之间信息、数据的传送；气路主要负责 标准压力、测量压力等的传导。

在电子扫描阀测压系统的设计中，受测压模块体积的限制，测压模块内部 采用体积小、灵敏度高，具有短期稳定性，线性度略差的压力传感器。因此在 系统的总体设计上采取了如下技术措施：电子扫描阀测压系统采用实时校准技 术，弥补稳定性问题；压力传感器校准采用3阶多项式拟合，克服线性度差的 问题，所以其工作系数由零次项C0、一次项C1、二次项C2、三次项C3四项系 数组成；采用数字温度补偿技术，补偿高度集成后温度变化大而引起的误差。

也正是因为电子扫描阀测压系统的上述设计，使该系统存在如下问题：实 时校准得到的当前工作系数随温度波动较大，难以作为当前传感器工作状态优 劣的判断依据；电子扫描阀测压系统实时校准和测试检查使用的是同一标准源 和气路，所以故障无法通过测试检查充分暴露；风洞测压试验中通常测点多、 测压模块、测压气路等被封闭在模型内腔，因此对测压系统故障的诊断和准确 定位比较困难。

发明内容

本发明的目的是为了实现对电子扫描阀测压系统进行快速的、智能化的诊 断检查，及时发现并定位测压系统中设备的故障。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种电子扫描阀测压系统故障自动诊断检查的方法，包括以下步骤：

A：收集电子扫描阀测压系统中所有测压模块的序列号及对应的出厂工作 系数,建立测压模块的特征数据库，测压模块的个数记为m；

B：试验时，根据试验需求构建调试当前在用的电子扫描阀测压系统，进 行实时校准，得到当前在用系统中测压模块的当前工作系数,当前在用测压模 块的个数记为n，n≤m；

C：依次读取在用测压模块j(j＝1…n)的当前工作系数，逐个与特征数据 库中的测压模块i(i＝1…m)的工作系数进行辨识，当辨识成功时，将i模块 的序列号sni赋值给j模块的序列号snj；

D：再依次读取在用测压模块j(j＝1…n)的序列号snj、一次项工作系数C1_jp和故障标志位G_jp,同时读取特征数据库中相同序列号模块的一次项工作系数 进行逐点诊断，并根据诊断结果修改填写故障标志位；

E：根据诊断结果自动生成当前电子扫描阀测压系统诊断报告。

在上述技术方案中，所述步骤A中的测压模块序列号为测压模块唯一编号， 所述测压模块的出厂工作系数是测压模块出厂检定时所有压力传感器的工作 系数。每一个测压模块具有若干个压力传感器，每一个压力传感器又具有C0、 C1、C2、C3四项工作系数，所以测压模块的出厂工作系数和当前工作系数均 为相同格式的4×q的数据矩阵,其中，q为测压模块中压力传感器的个数。

在上述技术方案中，步骤A中所述的测压模块特征数据库是由本系统所有 可用测压模块的出厂工作系数、序列号、量程等数据建立的数据库，为测压模 块的辨识和诊断提供基准数据。

在上述技术方案中，步骤B中所述的在用测压模块的当前工作系数，是测 压模块通过当前在用的电子扫描阀测压系统实时校准生成的工作系数。

在上述技术方案中，步骤C中所述的辨识方法为：假如j模块与i模块相 应位置压力传感器的一次项工作系数存在连续8个点的相干系数大于0.99时， 则辨识成功，即当前系统中的j模块与特征数据库中的i模块为同一模块，否 则，辨识失败。

在上述技术方案中，步骤D中所述的故障标志位G_jp的定义如下：

当G_jp＝0时，表示j模块p点正常；

当G_jp＝1…9时，表示j模块p点误差超差；

当G_jp＝10…99时，表示j模块p点系数异常；

当G_jp＝100…999时，表示j模块p点不可用；

当G_jp≥9999时，表示j模块不可用。

电子扫描阀测压系统初始化时,先预置全部测点的G_jp为0；人工标注坏点 时，置G_jp＝100；电子扫描阀测压系统初始化后可进行最多9次的系统诊断检 查。

在上述技术方案中，步骤D中所述的对当前系统中的j模块进行逐点诊断 的方法为：读取j模块当前的一次项工作系数和特征数据库中的出厂一次项工 作系数，再计算出j模块一次项工作系数的平均值、所允许的最大值、最小值、 当前一次项系数的整体变化率和每个传感器一次项工作系数的不同步变化率， 然后按照诊断判断方法进行诊断检查，并根据诊断判断结果填写修改故障标志 位G_jp。

在上述技术方案中，步骤D中所述诊断判断方法为：

(4)当测压模块传感器的一次项系数的整体变化率超过该模块传感器一 次项系数平均值的1.5％时，判定为模块故障，将该模块的所有故障 标志位G_jp置9999；

(5)当测压模块中某传感器的一次项系数越出最小值和最大值所限定的 区间时，则该传感器工作异常，将该点故障标志位G_jp加10；

(6)当测压模块中某传感器的一次项系数的非同步变化率的绝对值超过 0.08％时，则该传感器的误差超差，将该点故障标志位G_jp加1。

从上述本发明的各项技术特征可以看出，其优点是：

采用本方法，实现了对电子扫描阀测压系统的自动识别和智能诊断，特别 是能对全封闭测压模块的快速定位和故障诊断，提高了测压试验的质量效率。

附图说明

本发明通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是电子扫描阀测压系统组成原理图；

图2电子扫描阀测压系统自动诊断检查框图；

图3是本发明所述测压模块辨识流程图；

图4是本发明所述测压模块逐点诊断流程图；

图5是本发明所述自动生成诊断报告流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施实例对本发明做进一步的说明。

假如某风洞总共有64点的测压模块32块，某项试验，模型上测压点总数 为630点，所以该项试验需要构建最少具有10块测压模块的在用测压系统。

电子扫描阀测压系统自动诊断检查方法，包括下列步骤：

a.收集电子扫描阀测压系统中所有32个测压模块的序列号、出厂工作系 数、量程等,建立由32个测压模块的出厂参数等所组成的特征数据库，m＝32；

b.根据试验630点的测压需求，从32个测压模块中选出10个测压模块， 构建当前在用的具有640点测压能力的电子扫描阀测压系统，实时校准，得到 当前在用系统中10个测压模块的当前工作系数，n＝10；

c.依次读取在用系统中第1块、第2块、…第10块测压模块的当前工作 系数，分别与特征数据库中32个测压模块的出厂工作系数依次进行辨识，辨 识成功后，依次标识出在用测压模块的序列号；

d.依次读取在用系统中第1块、第2块、…第10块测压模块的序列号snj、 一次项工作系数C1_jp,并依次根据在用模块的序列号，读取特征数据库中该模块 的一次项工作系数C1_ip，进行逐点诊断，并依据诊断结果填写修改故障标志位 G_jp；

e.依次读取在用系统中第1块、第2块、…第10块测压模块的序列号snj、 故障标志位G_jp,并根据故障标志位G_jp的状态自动编写生成当前在用测压系统 的故障诊断报告。

此例中，每个测压模块有64个压力传感器，每个压力传感器有C0、C1、 C2、C3共4项工作系数，C0、C1、C2、C3分别是传感器的零次项、一次项、 二次项、三次项工作系数，所以测压模块的工作系数是4×64的数据矩阵,即C0_p、 C1_p、C2_p、C3_p(p＝1…64)。

步骤a所述的测压模块的特征数据库，是由所有测压模块序列号、出厂工 作系数、模块量程、出厂时间等参数建立的数据库。

步骤b所述的在用测压模块的当前工作系数，是测压模块通过当前在用电 子扫描阀测压系统中的系统处理器、采集传输单元、压力校准单元、电气路等 实时校准生成的测压模块当前工作系数。

步骤c所述的辨识的具体实现是由辨识计算和辨识分析流程等完成的。

步骤c所述辨识计算，由下述的计算组成：

辨识计算公式：

$\overline{C{1}_i}={\Sigma }_L^{L+7}C{1}_{ip}/8,p=L,...,L+7---\left(1\right)$

$\overline{C{1}_j}={\Sigma }_L^{L+7}C{1}_{jp}/8,p=L,...,L+7---\left(2\right)$

$\gamma C{1}_{ij}=\frac{{\Sigma }_L^{L+7}(C{1}_{ip}-\overline{C{1}_i})(C{1}_{jp}-\overline{C{1}_j})}{\sqrt{{\Sigma }_L^{L+7}{(C{1}_{ip}-\overline{C{1}_i})}^2{\Sigma }_L^{L+7}{(C{1}_{jp}-\overline{C{1}_j})}^2}},p=L,...,L+7---\left(3\right)$

其中：

j：待辨识测压模块编号，j＝1…n，此例中n＝10；

i：特征库中测压模块编号，i＝1…m，此例中m＝32；

q：测压模块中压力传感器个数，此例中q＝64；

L：测压模块中辨识区间起点，L＝1…q-7；

Snj：在用测压模块j的序列号；

Sni：特征库中测压模块i的序列号；

C1_jL：在用j模块第L点的当前一次项工作系数；

C1_iL：特征库中i模块第L点出厂的一次项工作系数；

在用j模块自L点开始连续8个压力传感器一次项工作系数的平均 值；

特征库中i模块自L点开始连续8个压力传感器一次项工作系数的平 均值；

γC1_ij是在用j模块和特征库中i模块自L点开始连续8个压力传感器一次项 工作系数的相干系数。

步骤c所述辨识分析流程，参见图3，包含以下步骤：

步骤205，设模块辨识区间起点L＝1,设被辨识模块编号i＝1；

步骤207，读待辨识模块j辨识区间内连续8只传感器当前的一次项工作 系数C1_jp(p＝L，…，L+7)和故障标志位G_jp(p＝L,…，L+7)；

步骤209，依次判故障标志位G_jp(p＝L,…，L+7)是否大于等于1，是， 进入步骤210，否则进入步骤213；

步骤210，L＝p+1，返回步骤207；

步骤213，读特征数据库中i模块相应辨识区间内传感器的一次项工作系 数C1_ip(p＝L,…，L+7)；

步骤215，依据辨识计算公式(1)、(2)、(3)计算出j模块与i模块在相 应的辨识区间内8个传感器一次项工作系数的相干系数γC1_ij；

步骤217，判相干系数γC1_ij是否大于0.99？假如是，测压模块j辨识成功， 进入步骤218；否则辨识不成功，进入步骤219；

步骤218，测压模块j辨识成功，输出“j#测压模块辨识成功”，即测压模块 j就是特征库中测压模块i，并将特征数据库中测压模块i的序列号Sni赋给测 压模块j的序列号Snj，进入步骤233；

步骤219，判断i是否小于m？即：特征数据库中是否存在测压模块没有 辨识？假如是，进入步骤220；否则，进入步骤221；

步骤220，i＝i+1，重置测压模块辨识区间起点L＝1，返回步骤207；

步骤221，继续判断测压模块辨识区间起点L是否小于q-16+1，即测压模 块中是否还有大于等于8个点的传感器数据可以作为下一组辨识数据。假如是， 进入步骤222；否则，进入步骤223；

步骤222，L＝L+8，重置被辨识测压模块编号i＝1，返回步骤207；

步骤223，j模块辨识失败，输出“特征数据库中没有与测压模块j相同的 测压模块，或者测压模块j坏点太多，已无法辨识”；

步骤233，测压模块辨识结束。

步骤d所述的对当前系统中的j模块进行逐点诊断的技术方案，是通过诊 断计算和诊断分析流程来实现的。

步骤d所述诊断计算，包括下述的计算公式：

ΔC1_jp＝C1_jp-C1_ip(4)

C1_jav＝AVERGE(C1_ip)(5)

C1_jmax＝MAX(C1_ip)(6)

C1_jmin＝MIN(C1_ip)(7)

C1_jMAX＝C1_jmax+(C1_jmax-C1_jmin)×0.5(8)

C1_jMIN＝C1_jmin-(C1_jmax-C1_jmin)×0.5(9)

ΔC1_jav＝AVERGE(ΔC1_j)(10)

C1_jchange＝ABS(ΔC1_jav)/C1_jav×100％(11)

ΔC1_jpE＝((ΔC1_jp-ΔC1_jav)/(1+2×ABS(ΔC1_jav))/C1_jav×100％(12)

其中：

C1_jp是j模块当前的一次项工作系数；

C1_ip是特征数据库中序列号等于j模块序列号的模块i的一次项工作系数；

ΔC1_jp是j模块当前一次项工作系数和出厂的一次项工作系数的差值；

C1_jav、C1_jmax、C1_jmin分别是j模块出厂的一次项工作系数的平均值、最大 值和最小值；

C1_jMAX、C1_jMIN分别是j模块当前一次项工作系数可以被允许的最大值和最 小值；

ΔC1_j是j模块从当前与出厂的一次项工作系数差数组ΔC1_jp中剔除了非正 常点后，余下的一次项工作系数差数组。ΔC1_jp剔除非正常点方法是：

1.当G_jp≥1时，剔除该点ΔC1_jp系数。

2.剔除1个最大的ΔC1_jp和1个最小的ΔC1_jp。

ΔC1_jav是测压模块j当前一次项工作系数变化的平均值，为了排除故障点对 该变量的影响，因此采用剔除了非正常点以后的ΔC1_j数组求平均；

C1_jchange是测压模块j当前一次项工作系数的平均变化率；

ΔC1_jpE是测压模块j中每个传感器一次项工作系数的不同步变化率；

步骤d所述逐点诊断分析流程，参见图4，包含以下步骤：

步骤301，读取被诊断测压模块j当前的一次项工作系数、故障标志位数 据C1_jp、G_jp(j＝1，p＝1，…，q)；

步骤303，读取特征数据库中序列号等于Snj的测压模块出厂一次项工作 系数C1_ip(p＝1，…，q)；

步骤307，根据计算公式(4)计算出ΔC1_jp(p＝1，…，q)；

步骤309，根据ΔC1_jp剔除非正常点方法剔除非正常点，得到数组ΔC1_j；

步骤311，根据计算公式(5)～(11)计算出C1_jmax、C1_jmin、C1_jav、C1_jMAX、 C1_jMIN、ΔC1_jav、C1_jchange等值；

步骤313，根据计算公式(12)计算出ΔC1_jpE(p＝1，…，q)；

步骤315，判测压模块j的一次项工作系数的平均值变化率C1_jchange是否大 于1.5％？假如是，进入步骤317，否则，进入步骤316；

步骤316，从测压模块j的第一点开始逐点诊断，p＝1；

步骤317，测压模块j的一次项工作系数的平均变化率异常，测压模块j 无法使用，置测压模块j所有传感器(p＝1，…，q)的故障标志位为9999，然 后进入步骤333；

步骤319，判断C1_jp是否小于等于C1_jMIN或者C1_jp是否大于等于C1_jMAX？假如 是，进入步骤321；否则，进入步骤323；

步骤321，标志位G_jp＝G_jp+10，进入步骤327；

步骤323，判断ΔC1_jpE的绝对值是否大于等于0.08％？假如是，进入步骤 325；否则，进入步骤327；

步骤325，标志位G_jp＝G_jp+1，进入步骤327；

步骤327，p＝p+1；

步骤329，判断p是否小于等于q？假如是，返回步骤319；继续下一点的 诊断，否则，进入步骤333；

步骤333，测压模块j诊断完成。

步骤E所述的生成当前电子扫描阀系统诊断报告流程，参见图5，包含以 下步骤：

步骤401，生成空白的诊断报告文档，填写诊断报告标题,诊断报告标题可 以包括下列的内容：风洞名称、诊断时间等；

步骤403，故障点计数变量G_num置0；

步骤405，置j＝1，从系统中的第一个测压模块开始报告；

步骤407，读取测压模块j的故障标志位G_jp(p＝1，…，q)；

步骤409，置p＝1，从j模块的第一点开始报告；

步骤411，判G_jp是否大于等于9999,假如是，进入步骤413；否则，进入 步骤417；

步骤413，在诊断报告中填写“j#(Snj)测压模块或者CAL气路故障”；

步骤415，G_num＝G_num+q，进入步骤435；

步骤417，判G_jp是否大于等于1并且同时小于10,假如是，进入步骤419； 否则，进入步骤421；

步骤419，在诊断报告中填写“j#(Snj)测压模块第p点误差超差”进入步 骤429；

步骤421，判G_jp是否大于等于10并且同时小于100,假如是，进入步骤423； 否则，进入步骤425；

步骤423，在诊断报告中填写“j#(Snj)测压模块第p点系数异常”进入步 骤429；

步骤425，判G_jp是否大于等于100并且同时小于1000,假如是，进入步骤 427；否则，进入步骤431；

步骤427，在诊断报告中填写“j#(Snj)测压模块第p点禁用”进入步骤429；

步骤429，G_num＝G_num+1；

步骤431，p＝p+1；

步骤433，判p是否小于等于q,假如是，返回步骤411；否则，进入步骤 435；

步骤435，j＝j+1；

步骤437，判j是否小于等于n？假如是，返回步骤407；否则，进入步骤 439；

步骤439，在诊断报告中填写“系统总故障点：G_num”；

步骤450，诊断报告生成完毕。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书 中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任 何新的组合。