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1、综合测试诊断一体化系统研究综合测试诊断一体化系统研究 摘要:对武器装备测试诊断一体化的研究是一个非常重要的研究方向.本文介绍了以 VXI 总 线为主、GPIB 总线为辅的综合测试诊断一体化系统的原理、组成结构及实现,通过本系统 可以对武器装备进行系统级的综合测试诊断. 关键词:VXI 总线;武器装备;测试诊断一体化 1 引言 现代战争对武器装备的维护保障提出了更高的要求.武器装备测试诊断一体化技术的研究是 目前一个重要的研究方向.综合测试与故障诊断一体化设计,是在综合测试的基础上,实现被 测武器装备系统发生故障时,能够对故障进行故障检测、故障定位、故障辨识和故障对策处 理,从而建立一个效率高、
2、成本低、运行安全可靠的综合测试与故障诊断一体化的故障诊断 专家系统.综合测试与故障诊断一体化系统设计是根据测试系统组成原理,结合故障诊断系统 体系结构,进行一体化设计. 综合测试与故障诊断一体化系统主要具有以下几方面功能: 故障检测:确定系统是否发生故障; 故障隔离:在故障检测之后,确定故障的种类并将故障隔离到可更换单元级; 数据趋势分析:根据测试历史数据,对系统的重要相关参数的发展趋势进行预测,提示可能发 生故障的单元; 故障决策:判断故障对系统的影响和影响发展的趋势,提出采取的措施. 2 系统硬件组成及配置 VXI(VME bus extension for instrumentation
3、)总线是当前性能先进的测控系统机箱底板总线之 一,具有标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、模块可重复使用、众多仪器厂家支持等优 点.综合考虑各方面因素,本系统采用以 VXI 总线为主、GPIB 总线为辅的综合测试诊断一体 化方案.综合测试诊断一体化系统方案设计遵从实用性、可靠性、先进性的原则,采用国内外 领先的测试诊断技术,按照通用化、模块化、标准化的设计思想,实现综合测试与故障诊断一 体化.系统硬件组成如图 1 所示. 系统硬件平台功能和性能指标: 功能配置 采集与测量 图 1 系统硬件组成框图 开关量:如被测分系统中某设备的通断状态等; 模拟量:包括交、直流电压、电流、电阻、频率、相位,如
4、陀螺电源、舵指令响应测量等,也 包括响应的波形参数; 数字量:弹上数字化设备数字量输出响应,飞控软件或回路控制软件中间结果或参数装订回答 等; 时间间隔:各种时间量、时序量,如指令回答时间、脱落时序、点火时序等; 射频参数:包括时间延迟、功率等. 控制与激励 开关量:如接通、断开某设备(供电)或发出控制指令; 模拟量:如预装电平指令或发出正弦指令; 运动状态或位置:实现运动姿态和位置变化,如惯导动态激励; 数字量:飞控程序或回路计算程序初始参数装订或数字设备控制参数或指令; 专用模拟器激励:通过控制专用测试模拟设备实现. 通道配置 信号测量通道:模拟量采样(开关)通道数128; 波形测量通道
5、4 路,可利用模拟量采样开关扩展为 4*32 路; 时间/频率/计数测量通道 2 路; 开关量/数字量/状态量检测通道 192 路. 控制、激励通道: 模拟量控制通道 16 路; 波形产生通道 16 路; 控制开关量通道 224 路. 数据采集通道: 扫描数采通道 512 路; 并行数采通道 8 路. 3) 系统实现的技术指标: 直流电压:350V, 精度0.05% 交流电压:350V, 精度0.1% 频率:精度0.01 Hz 电阻:10M,精度0.01% 时间串:16 路, 分辨率 0.5ms 相位:0360 度, 精度1 度 时间间隔:0.5200s,精度0.1s 1200s, 精度0.1
6、s 模拟量采集模块: 20MHz 采样率 I/O 模块:40MHz 采样率(通道可扩展); 根据故障诊断的需要,增加 250 路隔离模拟量数据采集通道,其指标为: (1)最大信号传输幅度:10V (2)传输带宽:DC50kHz (3)传输精度:0.1% 3 测试诊断系统软件实现 测试诊断系统的核心是智能诊断专家系统.整个诊断系统的原理如图 2 所示. 测试诊断一体化的原理是,首先对被测对象进行分析,通过故障树分析、仿真测试以及专家经 验,获取被测对象诊断知识,构建故障诊断专家系统;然后将测试系统的测试数据输入到专家 系统,由专家系统推理诊断被测对象的故障模式,并将故障隔离到可更换单元,且能根据
7、特定 值的历史数据预测其值的未来发展趋势,从而可以预知被测对象可能发生的故障. 测试诊断一体化软件主要由被测对象分析模块、诊断知识获取模块、综合测试模块、数据 库模块、算法库模块、推理机模块、预测机模块以及综合决策模块组成. (1)被测对象分析模块:根据对武器装备系统级、板级故障的分类及特点的分析与研究,武器 系统结构复杂、层次较多、信号种类多,因此对被测对象采用分层测试诊断的方法.对被测对 象按一定规则分层,层层深入,一直将被测对象的故障隔离到可更换单元.为了提高诊断效率, 同时配合使用“超层诊断“的方法.“超层诊断“的主要含义是复杂系统中下一层次系统与关联 的故障不仅导致其上一层次系统的故
8、 图 2 故障诊断系统原理框图 障,还导致更高层次系统的直接与此故障有关的征兆.征兆的这一特性成为超层性.对故障层 次性和征兆超层性了解清楚后,就可以从高层次系统所表现出的征兆超越中间层次,直接诊断 低层系统的故障.在武器系统诊断中使用“超层诊断“,可以通过分析系统各层次间的关系及单 元仪器故障与系统间的超层性,建立其征兆数据库,诊断时可以不用通过分系统层,直接将故障定位到武器系统的可更换单元,从而可以有效提高诊断效率. (2)诊断知识获取模块:对被测对象进行层次划分后,要对每个具体的单元进行诊断知识获取. 知识来源于故障树分析、行为模型、故障仿真测试数据以及领域专家知识.武器系统的研制 都进
9、行可靠性设计和故障树分析,对故障树有关信息的利用可以解决诊断系统知识获取的瓶 颈问题.行为模型是从系统行为的角度来描述系统,因此这种模型反映了系统的工作过程或动 态过程.故障树和行为模型是两种深度的领域知识,不同的知识类型,采用不同的知识表示方 法.知识获取采用人机交互的方式便于领域专家输入.专家知识数据存于相应数据库中. (3)综合测试模块:综合测试模块主要完成对被测对象的测试数据的获取,包括人工获取、半 自动获取和自动获取,主要是自动获取.综合测试数据是故障诊断专家系统诊断的原始数据, 是判别被测对象正常或故障以及故障隔离定位的依据.获得的数据经过预处理,采用相应的知 识表示形式存入测试数
10、据库.综合测试模块通过对测试仪器、测试流程和测试任务的配置,由 自动测试系统获得被测对象的原始测试数据.根据测试任务的配置,相应完成被测对象的综合 测试功能. (4)数据库模块:数据库包括测试数据库、专家诊断知识库、特征值历史数据库.测试数据库 存储测试数据,专家诊断知识库来源于诊断知识获取模块的被测对象故障诊断知识,特征值历 史数据库存储重要参数的历史数据,以便趋势预测程序调用. (5)算法库模块:算法库包括测试诊断用的相关算法.其中主要有信号处理算法、预测算法以 及诊断算法等.预测算法包括 ARMA 模型法、灰色模型法、神经网络法、模糊神经网络法; 诊断算法包括普通规则推理算法、模糊推理算
11、法、神经网络法、模糊神经网络法. (6)推理机模块:根据被测对象的具体情况,既考虑诊断的故障覆盖率、故障隔离率,又要考虑 提高诊断的效率以及降低故障误诊率,因此诊断专家系统推理机采用规则推理、模糊逻辑、 神经网络相结合的综合智能推理机.对于规则清晰明确的部分采用规则推理,征兆数据与故障 模式关系模糊、难以精确建立诊断模型的考虑模糊规则推理或神经网络推理. (7)预测机模块:有些场合下某些关键参数需要进行未来趋势预测,以便监控这些参数的变化, 从而能够预知可能发生的故障.预测模型包括神经网络模型、模糊神经网络模型、灰色模型、 ARMA 模型等.根据历史数据的规律和特点,选择合适的预测模型进行预测
12、. (8)综合决策模块:根据故障诊断专家系统的诊断结果和预测算法的预测结果,结合实际发生 的故障模式,给决策者提供诊断处理和防护的依据.同时故障诊断系统也可以根据诊断结果和 实际发生的故障模式是否匹配对专家知识进行增加、修改,从而实现故障诊断专家系统的自 学习功能. 4 结束语 现代化战争对武器装备提出更高的维护保障要求.综合测试诊断一体化系统使得武器装备的 综合测试与故障诊断能够在同一平台下实现,使得以故障诊断专家系统为核心的智能诊断系 统成为武器装备维护保障的中心内容,对提高武器装备的综合作战效能,从而提高我军的总体 战斗力有十分重要的意义. 参考文献 1 李圣怡,范大鹏梁建成编著.智能制造技术基础,长沙:国防科技大学出版社,1996. 2 徐章遂等著.故障信息诊断原理及应用,北京:国防工业出版社,2001. 3 史慧,吕律,魏蛟龙.基于模糊神经网络的板级电路故障诊断研究.信息技术与标准化, 2002.11.
