CN102722170B - 一种用于运载火箭测试发射阶段的故障检测方法 - Google Patents

Abstract

一种用于运载火箭测试发射阶段的故障检测方法，建立树状的运载火箭测试发射流程框架，对框架中的各测试项目进行有向图描述，并根据有向图描述生成运载火箭测试发射阶段的故障检测规则；生成的规则用于基于规则的故障诊断专家系统，对运载火箭测试发射阶段的故障进行检测。本方法以图形化的方式生成运载火箭测试发射阶段的故障检测规则，降低了运载火箭测试发射阶段故障检测工作的难度与复杂度，并提高了故障检测工作的效率。

Description

一种用于运载火箭测试发射阶段的故障检测方法

技术领域

本发明涉及一种用于运载火箭测试发射阶段的故障检测方法，属于运载火箭测试发射技术领域。

背景技术

运载火箭造价昂贵、任务特殊，可靠性要求极高。无论是研制阶段还是运行阶段，运载火箭的故障检测都是保障其可靠性的重要手段，受到格外重视。特别是运载火箭测试发射阶段的故障检测，对于运载火箭的成功发射具有极为重要的意义。

由于基于规则的故障诊断专家系统具有表达直观、形式统一、模块性强和推理简单等优点，目前已成为解决运载火箭测试发射阶段故障检测的一种有效途径。目前，国内有很多公开的基于规则的故障诊断专家系统软件，例如IBuilder；运行故障诊断专家系统软件，调用运载火箭测试发射阶段的故障检测规则，即可实现运载火箭测试发射阶段的故障检测。

故障检测规则是运载火箭故障诊断专家系统的核心，故障检测规则库中的规则数量与质量是决定运载火箭故障诊断专家系统的功能与性能的关键因素。然而，由于运载火箭结构庞大，功能复杂繁多，分系统之间、各变量之间在测试发射阶段存在复杂的交联、耦合或时序关系，其故障检测规则非常复杂，规则编写已成为测试发射阶段故障检测工作的瓶颈。

目前的运载火箭测试发射阶段故障检测规则编写方式通常为：首先，由工程技术人员设计运载火箭测试发射流程，撰写描述测试过程正常情况下测试量变化情况的文档；其次，由知识工程师通过学习理解测试过程文档，并结合实际测试过程数据分析，提取测试过程中的测试量，编写故障检测规则；最后，由于测试过程中涉及的测试量繁多，且测试量之间存在时序逻辑演变规律，使得提取出的故障检测规则数量繁多，且规则之间逻辑关系复杂，因此需要由专家对知识工程师提取编写的故障检测规则进行反复严格的检查，才能保证获取故障检测规则的正确可靠。

目前的运载火箭测试发射阶段故障检测规则编写方式存在的主要问题是：规则编写过程复杂、工作量大、工作周期长、容易出错且不易于检查、工程技术人员无法独立完成规则编写工作、规则难以直观理解。并且，现有的规则编写方式难以实现规则重用等高级规则管理要求。

因此，解决目前运载火箭测试发射阶段故障检测工作中的规则编写瓶颈，是广泛使用基于规则的故障诊断专家系统来实现运载火箭测试发射阶段故障检测的关键。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于运载火箭测试发射阶段的故障检测方法，通过可视的图形化描述方式对测试过程建模，降低运载火箭故障检测规则编写工作的难度与复杂度，提高运载火箭故障检测规则编写工作的效率，从而便于运载火箭测试发射故障诊断专家系统的工程实现。

本发明的技术解决方案是：

一种用于运载火箭测试发射阶段的故障检测方法，步骤如下：

(1)建立树状的运载火箭测试发射流程框架，所述运载火箭测试发射流程框架为四层树状结构，自顶层到底层依次为运载火箭型号、运载火箭测试发射阶段各测试时间段、各测试时间段中测试所涉及的分系统、分系统下的各测试项目；

(2)对步骤(1)中所述各测试项目进行有向图描述，得到各测试项目对应的有向图，之后进入步骤(3)；

(3)根据步骤(2)中得到的各测试项目的有向图，生成运载火箭测试发射阶段的故障检测规则；

(4)根据步骤(3)中生成的运载火箭测试发射阶段的故障检测规则，通过基于规则的故障诊断专家系统对运载火箭测试发射阶段的故障进行检测。

所述步骤(2)中对步骤(1)中各测试项目进行有向图描述，得到各测试项目对应的有向图具体通过如下步骤进行：

(2.1)对于每个测试项目，指定启动该测试项目的指令量；每个测试项目下均有多个测试量，测试量分为指令量、开关量和模拟量三种类型，所述指令量是指外部输入的对测试项目的操作指令，包括“开始”和“好”两种状态；

(2.2)对每个测试项目下的每个测试量，为其分配一个图形代码名称，所述图形代码名称的初始值为0；指定理论上每个测试量在测试项目中的各种状态，并按状态出现的先后顺序分配自然数编号；对于编号之后的模拟量的状态，分别给定根据测试值判断是否处于该状态的依据；

(2.3)以编号后的每个测试量的状态为有向图的节点，在节点之间，以可带延迟时间的有向弧连接形成测试项目的有向图；

使用有向弧连接节点时满足有向弧的起点与终点之间为直接因果关系或直接顺序关系且模拟量状态对应的节点不能作为有向弧的起点；对于直接因果关系，起点为因，终点为果；对于直接顺序关系，起点在先，终点在后。

步骤(3)中所述根据步骤(2)中得到的各测试项目的有向图，生成运载火箭测试发射阶段的故障检测规则具体根据如下步骤进行：

(3.1)根据步骤(2)中得到的有向图，生成五种基本规则：

第一种：对于有向图中每一个不带延迟时间的有向弧，生成的基本规则为：如果有向弧起点所对应的测试量的图形代码名称的值与有向弧起点的状态对应的编号相等，则有向弧终点所对应的测试量的图形代码名称的值赋值为有向弧终点的状态对应的编号；

第二种：对于有向图中每一个带延迟时间的有向弧，生成两条基本规则分别为：a.如果有向弧起点所对应的测试量的图形代码名称的值与有向弧起点的状态对应的编号相等，则设置一个计时器并开始计时；b.如果该计时器的计时结果达到了有向弧所带的延迟时间，则有向弧终点所对应的测试量的图形代码名称的值赋值为有向弧终点的状态对应的编号；

第三种：对于有向图中的启动指令量的“开始”状态节点，生成的基本规则为：如果启动指令量的测试值与该启动指令量在该节点时的理论值相等，则启动指令量的图形代码名称的值赋值为该节点的编号；

第四种：对于有向图中每一开关量对应的节点，生成两条基本规则依次为：a1：如果开关量的测试值与该开关量在该节点时的理论值相等，则开关量的图形代码名称的值赋值为该节点的编号；b1：如果开关量图形代码名称的值与该节点的编号相等，则开关量测试值的期望值赋值为开关量在该节点时的理论值；

第五种：对于有向图中每一个模拟量对应的节点，生成的基本规则为：如果模拟量的图形代码名称的值与该节点的编号相等，则模拟量的测试值应满足该节点的测试值判断依据；

(3.2)将步骤(3.1)中生成的5种基本规则融合为故障检测规则，包括如下步骤：

(3.2.1)若基本规则的前件包含测试项目的启动指令量的“开始”状态，称该基本规则为起点约束基本规则，其他的基本规则称为非起点约束基本规则；

若某条非起点约束基本规则的前件与某条起点约束基本规则的后件相同，则将该非起点约束基本规则的前件替换为该起点约束基本规则的前件，该非起点约束基本规则的后件不变，之后进入(3.2.2)；

(3.2.2)经过步骤(3.2.1)处理之后，若两条规则的后件相同，则将这两条规则融合为一条规则：如果两条规则的前件均成立，则两条规则的共同后件成立。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)图形化的故障检测规则编写方式较为直观，降低了规则编写的复杂度，能够清楚表达测试过程中的逻辑关系、层次关系，便于规则编写者以图形描述的方式表达其对测试过程的认识，同时也便于规则使用者理解规则、规则检查者对规则进行检查。

(2)图形化的故障检测规则编写方式较为简单，降低了规则编写的难度，更易于被规则编写者理解，便于规则编写者尽快熟悉与掌握规则编写工作。

(3)图形化的故障检测规则编写方式较为高效，提高了规则编写的效率，由图形化描述的测试过程可自动转换为故障检测规则，省去了规则编写者分析、提取规则的过程，减轻了规则编写者的工作量。

(4)通过图形化的故障检测规则编写方式，克服了运载火箭测试发射阶段故障检测工作中的规则编写瓶颈，便于运载火箭测试发射故障诊断专家系统的工程实现。

附图说明

图1为运载火箭测试发射流程框架示意图；

图2为运载火箭测试项目“二级燃箱增压”的测试量状态顺序与编号图；

图3为运载火箭测试项目“二级燃箱增压”的有向图描述图；

图4为本发明流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于运载火箭测试发射阶段的故障检测方法，如图4所示，步骤如下：

(1)根据运载火箭测试发射阶段的指挥进程表、组成分系统表、测试项目表、测试数据表等资料，建立如图1所示的树状的运载火箭测试发射流程框架，所述运载火箭测试发射流程框架为四层树状结构，自顶层到底层依次为运载火箭型号、运载火箭测试发射阶段各测试时间段、各测试时间段中测试所涉及的分系统、分系统下的各测试项目；

(2)对步骤(1)中所述各测试项目进行有向图描述，得到各测试项目对应的有向图，之后进入步骤(3)；

所述步骤(2)中对步骤(1)中各测试项目进行有向图描述，得到各测试项目对应的有向图具体通过如下步骤进行：

(2.1)对于每个测试项目，指定代表启动该测试项目指令的指令量；根据运载火箭测试发射阶段的测试数据表，每个测试项目下均有多个测试量，测试量分为指令量、开关量和模拟量三种类型；所述指令量是指外部输入的对测试项目的操作指令，包括“开始”和“好”两种状态；所述开关量是指测试值为开关形式的测试量，包括“开”和“关”两种状态；所述模拟量是指测试值为连续形式的测试量，包括“达到”、“大于”、“小于”、“变化”、“稳定”等状态，具体所处状态由测试值的当前具体情况确定。

(2.2)对每个测试项目下的每个测试量，为其分配一个图形代码名称，所述图形代码名称的初始值为0；指定每个测试量在测试项目中的各种状态，并按状态出现的先后顺序分配自然数编号。例如，对测试项目“二级燃箱增压”下的每个测试量进行状态出现顺序定义与编号后，得到如图2所示的测试量状态顺序与编号图。

对于编号之后的模拟量的状态，分别给定根据测试值判断是否处于该状态的依据。例如，对“达到”状态，指定测试值的达到数值；对“大于”状态，指定测试值的下限数值；对“小于”状态，指定测试值的上限数值；对“变化”状态，指定测试值的初始数值、目标数值、变化时间范围、误差范围、上限数值；对“稳定”状态，指定测试值的稳定数值与误差范围。

(2.3)以编号后的每个测试量的状态为有向图的节点，在节点之间，以可带延迟时间的有向弧连接形成测试项目的有向图；

使用有向弧连接节点时满足有向弧的起点与终点之间为直接因果关系或直接顺序关系且模拟量状态对应的节点不能作为有向弧的起点；对于直接因果关系，起点为因，终点为果；对于直接顺序关系，起点在先，终点在后。

例如，对测试项目“二级燃箱增压”的编号后的测试量状态进行有向弧连接后，得到如图3所示的有向图描述图。

(3)根据步骤(2)中得到的各测试项目的有向图，生成运载火箭测试发射阶段的故障检测规则；

具体根据如下步骤进行：

(3.1)根据步骤(2)中得到的有向图，生成五种基本规则：

第一种：对于有向图中每一个不带延迟时间的有向弧，生成的基本规则为：如果有向弧起点所对应的测试量的图形代码名称的值与有向弧起点的状态对应的编号相等，则有向弧终点所对应的测试量的图形代码名称的值赋值为有向弧终点的状态对应的编号；

例如，在图3中，有向弧A不带延迟时间，其起点测试量“二级燃箱增压”的图形代码为g_C_2RZY_on、状态编号为1，其终点测试量“二级燃箱增压指示灯”的图形代码为“g_S_2RZY”、状态编号为1，则对于有向弧A生成的基本规则为：if g_C_2RZY_on＝＝1，then g_S_2RZY＝1。

第二种：对于有向图中每一个带延迟时间的有向弧，生成两条基本规则分别为：a.如果有向弧起点所对应的测试量的图形代码名称的值与有向弧起点的状态对应的编号相等，则设置一个计时器并开始计时；b.如果该计时器的计时结果达到了有向弧所带的延迟时间，则有向弧终点所对应的测试量的图形代码名称的值赋值为有向弧终点的状态对应的编号；

例如，在图3中，有向弧B带5个时间单位的延迟时间，其起点测试量“二级燃箱增压指示灯”的图形代码为g_S_2RZY、状态编号为1，其终点测试量“二级燃箱压力”的图形代码为g_2Prxq、状态编号为1，则对于有向弧B生成的两条基本规则分别为：if g_S_2RZY＝＝1，thenresettimer(T_g_S_2RZY_1)；if T_g_S_2RZY_1＜5，then g_2Prxq＝1。其中，resettimer为设置计时器命令，T_g_S_2RZY_1为设置的计时器名称。

第三种：对于有向图中的启动指令量的“开始”状态节点，生成的基本规则为：如果启动指令量的测试值与该启动指令量在该节点时的理论值相等，则启动指令量的图形代码名称的值赋值为该节点的编号；

例如，在图3中，该测试项目的启动指令量“二级燃箱增压”的测试量代码为C_2RZY_on、图形代码为g_C_2RZY_on，其“开始”状态节点的编号为1；根据该测试项目的有向图，启动指令量“二级燃箱增压”在“开始”状态节点的测试值应为1，即理论值为1；则对于启动指令量“二级燃箱增压”的“开始”状态节点生成的基本规则为：if C_2RZY_on＝＝1，theng_C_2RZY_on＝1。

第四种：对于有向图中每一开关量对应的节点，生成两条基本规则依次为：a 1：如果开关量的测试值与该开关量在该节点时的理论值相等，则开关量的图形代码名称的值赋值为该节点的编号；b1：如果开关量图形代码名称的值与该节点的编号相等，则开关量测试值的期望值赋值为开关量在该节点时的理论值；

例如，在图3中，开关量“二级燃箱增压指示灯”的测试量代码为S_2RZY、图形代码为g_S_2RZY，其“开”状态节点的编号为1；根据该测试项目的有向图，开关量“二级燃箱增压指示灯”在“开”状态节点的测试值应为1，即理论值为1；则对于开关量“二级燃箱增压指示灯”的“开”状态节点生成的两条基本规则分别为：if S_2RZY＝＝1，then g_S_2RZY＝1；if g_S_2RZY＝＝1，then S_2RZY.EV＝1。其中，S_2RZY.EV代表了开关量S_2RZY的测试值的期望值。

第五种：对于有向图中每一个模拟量对应的节点，生成的基本规则为：如果模拟量的图形代码名称的值与该节点的编号相等，则模拟量的测试值应满足该节点的测试值判断依据；

例如，在图3中，模拟量“二级燃箱压力”的测试量代码为2Prxq、图形代码为g_2Prxq，其“稳定”状态节点的编号为2；根据步骤(2.2)中给定的判断模拟量“二级燃箱压力”处于“稳定”状态的依据，其测试值的稳定数值应为0.17，误差范围应为(0，0.12)；则对于模拟量“二级燃箱压力”的“稳定”状态节点生成的基本规则为：if g_2Prxq＝＝2，then 2Prxq.EV＝0.17，2Prxq.ERR＝(0，0.12)。其中，2Prxq.EV代表了模拟量2Prxq的测试值的期望值，2Prxq.ERR代表了模拟量2Prxq的测试值的误差范围。

(3.2)将步骤(3.1)中生成的5种基本规则融合为故障检测规则，包括如下步骤：

(3.2.1)若基本规则的前件包含测试项目的启动指令量的“开始”状态，称该基本规则为起点约束基本规则，其他的基本规则称为非起点约束基本规则。规则由前件、后件两部分组成，前件为规则假设的前提条件，后件为前件成立时的结论。例如，在规则“if A＝1，then B＝1”中，前件为“A＝1”，后件为“B＝1”。

若某条非起点约束基本规则的前件与某条起点约束基本规则的后件相同，则将该非起点约束基本规则的前件替换为该起点约束基本规则的前件，该非起点约束基本规则的后件不变，之后进入(3.2.2)；

例如，在由图3生成的基本规则中，“if g_C_2RZY_on＝＝1，theng_S_2RZY＝1”为一条起点约束基本规则(因为g_C_2RZY_on为该测试项目的启动指令量)，“if g_S_2RZY＝＝1，then resettimer(T_g_S_2RZY_1)”为一条非起点约束基本规则，且该非起点约束基本规则的前件“g_S_2RZY＝＝1”与该起点约束基本规则的后件“g_S_2RZY＝1”相同，则将该非起点约束基本规则替换为：if g_C_2RZY_on＝＝1，thenresettimer(T_g_S_2RZY_1)。

(3.2.2)经过步骤(3.2.1)处理之后，若两条规则的后件相同，则将这两条规则融合为一条规则：如果两条规则的前件均成立，则两条规则的共同后件成立。

例如，两条规则“if X＝1，then Z＝1”、“if Y＝1，then Z＝1”具有相同的后件“Z＝1”，则将这两条规则融合为一条规则：if(X＝1)&&(Y＝1)，then Z＝1。

(4)运行公开的基于规则的故障诊断专家系统软件，调用步骤(3)中生成的运载火箭测试发射阶段的故障检测规则，即可对运载火箭测试发射阶段的故障进行检测。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种用于运载火箭测试发射阶段的故障检测方法，其特征在于步骤如下：

(1)建立树状的运载火箭测试发射流程框架，所述运载火箭测试发射流程框架为四层树状结构，自顶层到底层依次为运载火箭型号、运载火箭测试发射阶段各测试时间段、各测试时间段中测试所涉及的分系统、分系统下的各测试项目；

(2)对步骤(1)中所述各测试项目进行有向图描述，得到各测试项目对应的有向图，之后进入步骤(3)；

(3)根据步骤(2)中得到的各测试项目的有向图，生成运载火箭测试发射阶段的故障检测规则；

(4)根据步骤(3)中生成的运载火箭测试发射阶段的故障检测规则，通过基于规则的故障诊断专家系统对运载火箭测试发射阶段的故障进行检测；

所述步骤(2)中对步骤(1)中各测试项目进行有向图描述，得到各测试项目对应的有向图具体通过如下步骤进行：

(2.1)对于每个测试项目，指定启动该测试项目的指令量；每个测试项目下均有多个测试量，测试量分为指令量、开关量和模拟量三种类型，所述指令量是指外部输入的对测试项目的操作指令，包括“开始”和“好”两种状态；

(2.2)对每个测试项目下的每个测试量，为其分配一个图形代码名称，所述图形代码名称的初始值为0；指定理论上每个测试量在测试项目中的各种状态，并按状态出现的先后顺序分配自然数编号；对于编号之后的模拟量的状态，分别给定根据测试值判断是否处于该状态的依据；

(2.3)以编号后的每个测试量的状态为有向图的节点，在节点之间，以可带延迟时间的有向弧连接形成测试项目的有向图；

使用有向弧连接节点时满足有向弧的起点与终点之间为直接因果关系或直接顺序关系且模拟量状态对应的节点不能作为有向弧的起点；对于直接因果关系，起点为因，终点为果；对于直接顺序关系，起点在先，终点在后；

步骤(3)中所述根据步骤(2)中得到的各测试项目的有向图，生成运载火箭测试发射阶段的故障检测规则具体根据如下步骤进行：

(3.1)根据步骤(2)中得到的有向图，生成五种基本规则：

第一种：对于有向图中每一个不带延迟时间的有向弧，生成的基本规则为：如果有向弧起点所对应的测试量的图形代码名称的值与有向弧起点的状态对应的编号相等，则有向弧终点所对应的测试量的图形代码名称的值赋值为有向弧终点的状态对应的编号；

第二种：对于有向图中每一个带延迟时间的有向弧，生成两条基本规则分别为：a.如果有向弧起点所对应的测试量的图形代码名称的值与有向弧起点的状态对应的编号相等，则设置一个计时器并开始计时；b.如果该计时器的计时结果达到了有向弧所带的延迟时间，则有向弧终点所对应的测试量的图形代码名称的值赋值为有向弧终点的状态对应的编号；

第三种：对于有向图中的启动指令量的“开始”状态节点，生成的基本规则为：如果启动指令量的测试值与该启动指令量在该节点时的理论值相等，则启动指令量的图形代码名称的值赋值为该节点的编号；

第四种：对于有向图中每一开关量对应的节点，生成两条基本规则依次为：a1：如果开关量的测试值与该开关量在该节点时的理论值相等，则开关量的图形代码名称的值赋值为该节点的编号；b1：如果开关量图形代码名称的值与该节点的编号相等，则开关量测试值的期望值赋值为开关量在该节点时的理论值；

第五种：对于有向图中每一个模拟量对应的节点，生成的基本规则为：如果模拟量的图形代码名称的值与该节点的编号相等，则模拟量的测试值应满足该节点的测试值判断依据；

(3.2)将步骤(3.1)中生成的5种基本规则融合为故障检测规则，包括如下步骤：

(3.2.1)若基本规则的前件包含测试项目的启动指令量的“开始”状态，称该基本规则为起点约束基本规则，其他的基本规则称为非起点约束基本规则；

若某条非起点约束基本规则的前件与某条起点约束基本规则的后件相同，则将该非起点约束基本规则的前件替换为该起点约束基本规则的前件，该非起点约束基本规则的后件不变，之后进入(3.2.2)；

(3.2.2)经过步骤(3.2.1)处理之后，若两条规则的后件相同，则将这两条规则融合为一条规则：如果两条规则的前件均成立，则两条规则的共同后件成立。