CN103383312A - 发动机试验数据在线监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机试验数据在线监控系统及方法，包括数据采集系统、数据显示系统，数据采集系统包括时钟控制单元、数据采集单元、数据显示单元和数据存储单元，时钟控制单元用于给数据采集单元、数据显示单元和数据存数单元提供时钟基准，数据采集单元实时采集发动机的实测数据，并将实测数据实时发送给数据显示单元和数据存储单元；数据显示单元将接收到得实测数据进行实时显示；数据显示系统包括数据分析单元、曲线绘制单元以及显示单元；数据存储单元将接收到的是测数据进行实时存储并传输给数据分析单元。本发明解决了现有的发动机试验曲线的绘制存在偏差的问题，本发明能够实现发动机试验数据曲线的实时绘制，能够精确实时的绘制发动机曲线。

Description

发动机试验数据在线监控系统及方法

技术领域

本发明涉及发动机试验数据在线监控系统及在线监控系统及方法。

背景技术

发动机试验是通过对试验数据进行处理分析，来评估试验系统状态和发动机性能的。发动机试验时，需要实时显示系统，需要对四个关键参数进行实时的曲线绘制。为此，要实现这四个关键参数的实测数据的实时曲线绘制和预置标准理论曲线的偏差情况，但是现有技术中没有一项技术能够解决偏差情况。

发明内容

为了解决现有的发动机试验曲线的绘制存在偏差的技术问题，本发明提供一种发动机试验数据在线监控系统及方法，能够实现发动机试验数据曲线的实时绘制，能够精确实时的绘制发动机曲线。

本发明的技术解决方案：

发动机试验数据在线监控系统，其特殊之处在于：包括数据采集系统、数据显示系统，

所述数据采集系统包括时钟控制单元、数据采集单元、数据显示单元和数据存储单元，所述时钟控制单元用于给数据采集单元、数据显示单元和数据存数单元提供时钟基准，

所述数据采集单元用于实时采集发动机的实测数据，并将实测数据实时发送给数据显示单元和数据存储单元；

所述数据显示单元用于将接收到得实测数据进行实时显示；所述数据显示系统包括数据分析单元、曲线绘制单元以及显示单元；

所述数据存储单元用于将接收到的是测数据进行实时存储并传输给数据分析单元。

发动机试验数据在线监控方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1】搭建监控系统：

所述监控系统包括数据采集系统、数据显示系统，

所述数据采集系统包括时钟控制单元、数据采集单元、数据显示单元和数据存储单元，所述时钟控制单元用于给数据采集单元、数据显示单元和数据存数单元提供时钟基准，

所述数据采集单元用于实时采集发动机的实测数据，并将实测数据实时发送给数据显示单元和数据存储单元；

所述数据显示单元用于将接收到得实测数据进行实时显示；

所述数据存储单元用于将接收到的实测数据进行实时存储并传输给数据分析单元；

2】监控系统配置：根据需监控参数所对应的传感器的量程配置各参数的阈值并存储在数据分析单元内；

3】数据显示系统对发送机需监控参数进行标准理论曲线绘制：

发送机需监控参数包括发动机转速参数、发动机压力参数以及发动机推力参数；

3.1]数据分析单元获取需监控参数的预置曲线数据，并发送给曲线绘制单元：

将用户要求试验数据和同类型试验的经验数据作为给定的样本，数据分析单元根据数理统计和概率论，再结合数据滤波技术、数据筛选汇总技术以及数据有效性分析技术，获取需监控参数的预置曲线数据，并发送给曲线绘制单元；需监控参数的预置曲线数据包括需监控参数在整个试验过程中每一时刻所对应的理论值；

3.2】曲线绘制单元依据得到的需监控参数的预置曲线数据绘制标准理论曲线：以时间和理论值分别为横坐标、纵坐标在进行曲线绘制，得到标准理论曲线，曲线绘制单元将标准理论曲线发送给显示单元进行显示；

4】实时绘制试验过程中关键参数实测数据曲线：

4.1】数据采集单元根据时钟控制单元所提供的时钟基准实时采集发动机的实测数据，并将实测数据实时发送给数据显示单元和数据存储单元；

数据显示单元将接收到得实测数据进行实时显示；

数据存储单元用于将接收到的是测数据进行实时存储，并实时传输给数据分析单元；

4.2数据分析单元对接收到得实测数据进行有效性分析：

数据分析单元针对接收到得实测数据，结合数据滤波技术、数据筛选汇总技术以及数据有效性分析技术，得到有效实测数据；

数据分析单元将有效实测数据发送给曲线绘制单元；

5】曲线绘制单元依据得到的有效实测数据绘制实时曲线，并将实时曲线发送给显示单元；

以时间和有效实测数据分别为横坐标、纵坐标在进行曲线绘制，得到实时曲线，并将实时曲线发送给显示单元；

6】显示单元显示实时曲线与对应的标准理论曲线，试车指挥人员通过观察就可判断发动机的工作状态。

3、根据权利要求2所述的发动机试验数据在线监控系统的数据在线监控方法，其特征在于：还包括对实测数据进行有效性验证的步骤：

1】数据偏差的有效验证算法：

对数据偏差进行线性回归分析，其回归直线可以表示为：

y=ax+b式中a和b称为回归系数；

2】为了确定回归系数a和b，可以采用最小二乘即：

$q=\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{[y_i-({\mathrm{ax}}_i+b)]}^2$ 达到最小；

3】为了能够验证回归效果，在回归结束时同时使用以下回归拟合误差来验证：

残差平方和：

$q=\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{[y_i-({\mathrm{ax}}_i+b)]}^2$

标准偏差：

$s=\sqrt{q/(n-2)}$

均方差：

$u=\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{[({\mathrm{ax}}_i+b)-\stackrel{\‾}{y}]}^2$

相关系数：

$r=\sqrt{1-\frac{q}{\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{(y_i-\stackrel{\‾}{y})}^2}}$

当r接近于1时，表明线性回归效果良好。

本发明所具有的优点：

1、本发明的数据显示系统界面简洁明了，反映了发动机试验关键数据的真实情况，给试车指挥员和设计人员对发动机性能判断提供了准确的数据信息。

2、本发明在发动机试验过程中能够直观的对发送机关键参数进行性能检测，判断发动机的工作状态是否正常。

3、本发明在通过时钟控制单元为全网络提供统一时间支持，实现数据的实时传输以及采集系统的可靠性和独立性，确保了系统的实时性要求。

4、本发明数据显示系统的数据分析单元对获取各参数在试验过程中每一时刻的数据进行正确性、有效性分析验证，减少了系统处理的数据量，提高了系统响应速度。

5、本发明可以为试车指挥员和设计人员进行实时判断、预报提供可靠依据。依据关键参数的实测数据以及各种算法实现关键参数的实时曲线绘制，通过实测数据曲线同预置的标准理论曲线的比对，直接反映出本次试验的实测数据和理论设计数据的偏差情况。

具体实施方式

发动机试验数据在线监控系统，包括数据采集系统、数据显示系统，数据采集系统包括时钟控制单元、数据采集单元、数据显示单元和数据存储单元，时钟控制单元用于给数据采集单元、数据显示单元和数据存数单元提供时钟基准，数据采集单元用于实时采集发动机的实测数据，并将实测数据实时发送给数据显示单元和数据存储单元；数据显示单元用于将接收到得实测数据进行实时显示；数据存储单元用于将接收到的是测数据进行实时存储并传输给数据分析单元。数据显示系统包括数据分析单元、曲线绘制单元以及显示单元。

发动机试验数据在线监控方法，包括以下步骤：

1】搭建监控系统：

包括数据采集系统、数据显示系统，

所述数据采集系统包括时钟控制单元、数据采集单元、数据显示单元和数据存储单元，所述时钟控制单元用于给数据采集单元、数据显示单元和数据存数单元提供时钟基准，

所述数据采集单元用于实时采集发动机的实测数据，并将实测数据实时发送给数据显示单元和数据存储单元；

所述数据显示单元用于将接收到得实测数据进行实时显示；

所述数据存储单元用于将接收到的实测数据进行实时存储并传输给数据分析单元；

2】监控系统配置：根据需监控参数所对应的传感器的量程配置各参数的阈值并存储在数据分析单元内。

3】数据显示系统对发送机需监控参数进行标准理论曲线绘制：

发送机需监控参数包括发动机转速参数、发动机压力参数以及发动机推力参数；

3.1】数据分析单元获取需监控参数的预置曲线数据，并发送给曲线绘制单元：

将用户要求试验数据和同类型试验的经验数据作为给定的样本，数据分析单元根据数理统计和概率论，再结合数据滤波技术、数据筛选汇总技术以及数据有效性分析技术，获取需监控参数的预置曲线数据，并发送给曲线绘制单元；需监控参数的预置曲线数据包括需监控参数在整个试验过程中每一时刻所对应的理论值；

3.2】曲线绘制单元依据得到的需监控参数的预置曲线数据绘制标准理论曲线：以时间和理论值分别为横坐标、纵坐标在进行曲线绘制，得到标准理论曲线，曲线绘制单元将标准理论曲线发送给显示单元进行显示；

4】实时绘制试验过程中关键参数实测数据曲线：

4.1数据采集单元根据时钟控制单元所提供的时钟基准实时采集发动机的实测数据，并将实测数据实时发送给数据显示单元和数据存储单元；

数据显示单元将接收到得实测数据进行实时显示；

数据存储单元用于将接收到的是测数据进行实时存储，并实时传输给数据分析单元；

4.2数据分析单元对接收到得实测数据进行有效性分析：

数据分析单元针对接收到得实测数据，结合数据滤波技术、数据筛选汇总技术以及数据有效性分析技术，得到有效实测数据；

数据分析单元将有效实测数据发送给曲线绘制单元；

5】曲线绘制单元依据得到的有效实测数据绘制实时曲线，并将实时曲线发送给显示单元；

以时间和有效实测数据分别为横坐标、纵坐标在进行曲线绘制，得到实时曲线，并将实时曲线发送给显示单元；

6】显示单元显示实时曲线与对应的标准理论曲线，试车指挥人员通过观察就可判断发动机的工作状态。

一般为了提高准确性，还会对实测数据有效性验证：

1、数据偏差的有效验证算法：

对数据偏差进行线性回归分析，其回归直线可以表示为：

y=ax+b式中a和b称为回归系数。

2、为了确定回归系数a和b，可以采用最小二乘即就是：

$q=\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{[y_i-({\mathrm{ax}}_i+b)]}^2$ 达到最小。

3、为了能够验证回归效果，在回归结束时同时使用以下回归拟合误差来验证。

残差平方和

$q=\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{[y_i-({\mathrm{ax}}_i+b)]}^2$

标准偏差

$s=\sqrt{q/(n-2)}$

均方差

$u=\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{[({\mathrm{ax}}_i+b)-\stackrel{\‾}{y}]}^2$

相关系数

$r=\sqrt{1-\frac{q}{\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{(y_i-\stackrel{\‾}{y})}^2}}$

当r接近于1时，表明线性回归效果良好。

从回归残差的表达式中可以知道，残差能够描述局部特征，它可以分解成逐点计算回归直线与检测信号数据的接近程度。而标准差和均方差一般用于描述整体回归准确度。

通过不同型号多次发动机试验的考核，预置的显示曲线同实时数据曲线吻合，同时实时显示曲线界面简洁明了，真实的反映了发动机试验关键数据的真实情况，并给试车指挥员和设计人员对发动机性能判断提供了准确的数据信息。以上多次使用表明预置曲线数据和实时数据设计合理，达到了技术目的，在试验过程中直观的反映出发动机试验数据的准确性。

Claims (3)

1.发动机试验数据在线监控系统，其特征在于：包括数据采集系统、数据显示系统，

所述数据采集系统包括时钟控制单元、数据采集单元、数据显示单元和数据存储单元，所述时钟控制单元用于给数据采集单元、数据显示单元和数据存数单元提供时钟基准，

所述数据采集单元用于实时采集发动机的实测数据，并将实测数据实时发送给数据显示单元和数据存储单元；

所述数据显示单元用于将接收到得实测数据进行实时显示；所述数据显示系统包括数据分析单元、曲线绘制单元以及显示单元；

所述数据存储单元用于将接收到的是测数据进行实时存储并传输给数据分析单元。

2.基于权利要求1所述的发动机试验数据在线监控系统的数据在线监控方法，其特征在于：包括以下步骤：

1】搭建监控系统：

所述监控系统包括数据采集系统、数据显示系统，

所述数据采集系统包括时钟控制单元、数据采集单元、数据显示单元和数据存储单元，所述时钟控制单元用于给数据采集单元、数据显示单元和数据存数单元提供时钟基准，

所述数据采集单元用于实时采集发动机的实测数据，并将实测数据实时发送给数据显示单元和数据存储单元；

所述数据显示单元用于将接收到得实测数据进行实时显示；

所述数据存储单元用于将接收到的实测数据进行实时存储并传输给数据分析单元；

2】监控系统配置：根据需监控参数所对应的传感器的量程配置各参数的阈值并存储在数据分析单元内；

3】数据显示系统对发送机需监控参数进行标准理论曲线绘制：

发送机需监控参数包括发动机转速参数、发动机压力参数以及发动机推力参数；

3.1]数据分析单元获取需监控参数的预置曲线数据，并发送给曲线绘制单元：

将用户要求试验数据和同类型试验的经验数据作为给定的样本，数据分析单元根据数理统计和概率论，再结合数据滤波技术、数据筛选汇总技术以及数据有效性分析技术，获取需监控参数的预置曲线数据，并发送给曲线绘制单元；需监控参数的预置曲线数据包括需监控参数在整个试验过程中每一时刻所对应的理论值；

3.2】曲线绘制单元依据得到的需监控参数的预置曲线数据绘制标准理论曲线：以时间和理论值分别为横坐标、纵坐标在进行曲线绘制，得到标准理论曲线，曲线绘制单元将标准理论曲线发送给显示单元进行显示；

4】实时绘制试验过程中关键参数实测数据曲线：

4.1】数据采集单元根据时钟控制单元所提供的时钟基准实时采集发动机的实测数据，并将实测数据实时发送给数据显示单元和数据存储单元；

数据显示单元将接收到得实测数据进行实时显示；

数据存储单元用于将接收到的是测数据进行实时存储，并实时传输给数据分析单元；

4.2数据分析单元对接收到得实测数据进行有效性分析：

数据分析单元针对接收到得实测数据，结合数据滤波技术、数据筛选汇总技术以及数据有效性分析技术，得到有效实测数据；

数据分析单元将有效实测数据发送给曲线绘制单元；

5】曲线绘制单元依据得到的有效实测数据绘制实时曲线，并将实时曲线发送给显示单元；

以时间和有效实测数据分别为横坐标、纵坐标在进行曲线绘制，得到实时曲线，并将实时曲线发送给显示单元；

6】显示单元显示实时曲线与对应的标准理论曲线，试车指挥人员通过观察就可判断发动机的工作状态。

3.根据权利要求2所述的发动机试验数据在线监控系统的数据在线监控方法，其特征在于：还包括对实测数据进行有效性验证的步骤：

1】数据偏差的有效验证算法：

对数据偏差进行线性回归分析，其回归直线可以表示为：

y=ax+b式中a和b称为回归系数；

2】为了确定回归系数a和b，可以采用最小二乘即：

$q=\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{[y_i-({\mathrm{ax}}_i+b)]}^2$ 达到最小；

3】为了能够验证回归效果，在回归结束时同时使用以下回归拟合误差来验证：

残差平方和：

$q=\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{[y_i-({\mathrm{ax}}_i+b)]}^2$

标准偏差：

$s=\sqrt{q/(n-2)}$

均方差：

$u=\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{[({\mathrm{ax}}_i+b)-\stackrel{\‾}{y}]}^2$

相关系数：

$r=\sqrt{1-\frac{q}{\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{(y_i-\stackrel{\‾}{y})}^2}}$

当r接近于1时，表明线性回归效果良好。