CN110687775B - 一种基于故障积分的双余度传感器信号表决方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于航空发动机机载传感器信号处理领域，特别涉及一种基于故障积分的双余度传感器信号表决方法。方法包括：步骤一：获取双余度传感器信号的测量值，对所述双余度传感器信号的测量值进行极值故障判断和交叉故障判断，得到极值判断结果和交叉判断结果；步骤二：获取双余度传感器信号的测量状态，根据所述双余度传感器信号的测量状态和所述极值判断结果，得到信号状态信息；步骤三：对所述信号状态信息进行故障积分，得到故障积分结果；步骤四：根据所述交叉判断结果、所述信号状态信息、所述故障积分结果进行表决，得到表决结果。本申请能够避免因参数选择变化而带来的发动机不稳定控制，并且可以降低维修成本。

Description

一种基于故障积分的双余度传感器信号表决方法

技术领域

本申请属于航空发动机机载传感器信号处理领域，特别涉及一种基于故障积分的双余度传感器信号表决方法。

背景技术

在航空发动机数字电子控制系统中，通过传感器来反映发动机各个截面的状态参数，并将其转化成电信号，提供给数字电子控制器使用，从而实现对发动机的控制及监控等。一般控制用发动机机载传感器均采用双余度传感器形式，这样可以保证当传感器一个余度存在问题时，可以有其它余度代替，提高了系统的可靠性。但同时也带来了相应的问题，当不同余度的测量结果存在差异或传感器存在故障时，如何选取合适的测量数据来进行发动机控制，这对发动的稳定控制是至关重要的。

现有的双余度传感器信号选择方式一般是通过对连续周期的传感器测量值进行比较，通过综合双余度传感器的采集参数之间的差异，及不同余度的传感器故障状态来决策参数的最终使用值，进行发动机控制。当前的技术方案采用的是连续周期判断，当传感器存在虚连故障时，信号时断时续，信号选择周期切换，这容易造成发动机的不稳定控制，影响控制品质。一般较短时间内的信号故障并不会对发动机的控制产生较大影响，只有故障持续发生才会影响发动机的安全使用。在现有的方案中，未考虑故障持续时间对发动机控制的影响，一旦某个周期判断传感器故障，则认为传感器存在问题，而当因为信号干扰等原因导致传感器误报障时，也会判断传感器故障，这种判断方式是不经济的，会造成维修成本的增加。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种基于故障积分的双余度传感器信号表决方法，以解决现有技术中存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种基于故障积分的双余度传感器信号表决方法，包括：

步骤一：获取双余度传感器信号的测量值，对所述双余度传感器信号的测量值进行极值故障判断和交叉故障判断，得到极值判断结果和交叉判断结果；

步骤二：获取双余度传感器信号的测量状态，根据所述双余度传感器信号的测量状态和所述极值判断结果，得到信号状态信息；

步骤三：对所述信号状态信息进行故障积分，得到故障积分结果；

步骤四：根据所述交叉判断结果、所述信号状态信息、所述故障积分结果进行表决，得到表决结果。

可选地，步骤一中，所述双余度传感器信号的测量值包括第一信号的测量值和第二信号的测量值。

可选地，步骤一中，所述对所述双余度传感器信号的测量值进行极值故障判断和交叉故障判断包括：

对所述第一信号的测量值进行极值故障判断，得到第一信号的极值判断结果；

对所述第二信号的测量值进行极值故障判断，得到第二信号的极值判断结果；

对所述第一信号的测量值和所述第二信号的测量值进行交叉故障判断，得到交叉判断结果。

可选地，

所述对所述第一信号的测量值进行极值故障判断，得到第一信号的极值判断结果包括：

设定第一极值判定阈值，所述第一极值判定阈值包括高阈值和低阈值；

判断所述第一信号的测量值是否超出所述第一极值判定阈值，若是，则第一极值通道的状态设为Faulty，若否，则第一极值通道的状态设为Healthy；

其中，所述第一极值通道的初始状态设置为Healthy；

所述对所述第二信号的测量值进行极值故障判断，得到第二信号的极值判断结果包括：

设定第二极值判定阈值，所述第二极值判定阈值包括高阈值和低阈值；

判断所述第二信号的测量值是否超出所述第二极值判定阈值，若是，则第二极值通道的状态设为Faulty，若否，则第二极值通道的状态设为Healthy；

其中，所述第二极值通道的初始状态设置为Healthy。

可选地，所述对所述第一信号的测量值和所述第二信号的测量值进行交叉故障判断，得到交叉判断结果包括：

设定交叉故障判定阈值，所述交叉故障判定阈值包括高阈值和低阈值；

获取第一信号的测量值与第二信号的测量值的差值；

判断所述差值是否超出所述交叉故障判定阈值，若是，则交叉通道故的状态为Faulty，若否，则交叉通道的状态设为Healthy；

其中，所述交叉通道的初始状态设置为Healthy。

可选地，步骤二中，所述双余度传感器信号的测量状态包括第一信号的测量状态和第二信号的测量状态。

可选地，步骤二中，所述根据所述双余度传感器信号的测量状态和所述极值判断结果，得到信号状态信息包括：

根据所述第一信号的测量状态和所述第一信号的极值判断结果，得到第一信号状态信息，其中，当且仅当所述第一信号的测量状态以及第一极值通道的状态均为Healthy时，所述第一信号状态信息为Healthy；

根据所述第二信号的测量状态和所述第二信号的极值判断结果，得到第二信号状态信息，其中，当且仅当所述第二信号的测量状态以及第二极值通道的状态均为Healthy时，所述第二信号状态信息为Healthy。

可选地，步骤三中，所述对所述信号状态信息进行故障积分，得到故障积分结果包括：

对所述第一信号状态信息进行故障积分，得到第一故障积分结果；

对所述第二信号状态信息进行故障积分，得到第二故障积分结果。

可选地，

对所述第一信号状态信息进行故障积分，得到第一故障积分结果包括：

当所述第一信号状态信息为Faulty时，对每个周期输入的所述第一信号状态信息进行正向积分；

当所述第一信号状态信息为Healthy时，对每个周期输入的所述第一信号状态信息进行负向积分；

设定第一积分累加阈值，当积分累加值等于0时，则第一积分故障状态设为Healthy，当积分累加值超出所述第一积分累加阈值时，则第一积分故障状态设为Faulty，当积分累加值介于0到所述第一积分累加阈值之间时，则第一积分故障状态设为Degraded；

对所述第二信号状态信息进行故障积分，得到第二故障积分结果包括：

当所述第二信号状态信息为Faulty时，对每个周期输入的所述第二信号状态信息进行正向积分；

当所述第二信号状态信息为Healthy时，对每个周期输入的所述第二信号状态信息进行负向积分；

设定第二积分累加阈值，当积分累加值等于0时，则第二积分故障状态设为Healthy，当积分累加值超出所述第二积分累加阈值时，则第二积分故障状态设为Faulty，当积分累加值介于0到所述第二积分累加阈值之间时，则第二积分故障状态设为Degraded。

可选地，步骤四具体为：

根据所述交叉判断结果、所述第一信号状态信息、所述第二信号状态信息、所述第一故障积分结果、所述第二故障积分结果进行表决，得到表决结果。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的基于故障积分的双余度传感器信号表决方法，将故障积分结果引入发动机信号表决，当某一余度信号存在虚连故障时，该余度信号不参与控制，避免了因参数选择变化而带来的发动机不稳定控制。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的基于故障积分的双余度传感器信号表决方法信号处理流程图；

图2是本申请一个实施方式的基于故障积分的双余度传感器信号表决方法信号表决逻辑图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

下面结合附图1至图2对本申请做进一步详细说明。

本申请提供了一种基于故障积分的双余度传感器信号表决方法，包括：

步骤一：获取双余度传感器信号的测量值，对双余度传感器信号的测量值进行极值故障判断和交叉故障判断，得到极值判断结果和交叉判断结果；

步骤二：获取双余度传感器信号的测量状态，根据双余度传感器信号的测量状态和所述极值判断结果，得到信号状态信息；

步骤三：对信号状态信息进行故障积分，得到故障积分结果；

步骤四：根据交叉判断结果、信号状态信息、故障积分结果进行表决，得到表决结果。

具体的，步骤一中，双余度传感器信号的测量值包括第一信号(通过A表示)的测量值和第二信号(通过B表示)的测量值。对双余度传感器信号的测量值进行极值故障判断和交叉故障判断包括：

对第一信号的测量值进行极值故障判断，得到第一信号的极值判断结果；

对第二信号的测量值进行极值故障判断，得到第二信号的极值判断结果；

对第一信号的测量值和第二信号的测量值进行交叉故障判断，得到交叉判断结果。

本申请基于故障积分的双余度传感器信号表决方法的极值故障判断中，需要对输入信号进行参数范围判定，当超出范围判定阈值则判定出现极值故障，极值故障设为Faulty，表示出现极值故障；当信号恢复到正常范围时，则极值故障设为Healthy。在本申请的一个实施方式中，对第一信号的测量值进行极值故障判断，得到第一信号的极值判断结果包括：设定第一极值判定阈值，第一极值判定阈值包括高阈值和低阈值；判断第一信号的测量值是否超出第一极值判定阈值，若是，则第一极值通道的状态设为Faulty，若否，则第一极值通道的状态设为Healthy；其中，第一极值通道的初始状态设置为Healthy。对第二信号的测量值进行极值故障判断，得到第二信号的极值判断结果包括：设定第二极值判定阈值，第二极值判定阈值包括高阈值和低阈值；判断第二信号的测量值是否超出第二极值判定阈值，若是，则第二极值通道的状态设为Faulty，若否，则第二极值通道的状态设为Healthy；其中，第二极值通道的初始状态设置为Healthy。

本申请基于故障积分的双余度传感器信号表决方法的交叉故障判断中，对双余度传感器信号的双通道测量值进行对比，当两个通道的信号差异在设定阈值范围之内时，认为双通道交叉检测正常，当信号差异超过设定阈值时，则交叉通道出现故障。在本申请的一个实施方式中，对第一信号的测量值和第二信号的测量值进行交叉故障判断，得到交叉判断结果包括：设定交叉故障判定阈值，交叉故障判定阈值包括高阈值和低阈值；获取第一信号的测量值与第二信号的测量值的差值；判断差值是否超出交叉故障判定阈值，若是，则交叉通道故的状态为Faulty，若否，则交叉通道的状态设为Healthy；其中，交叉通道的初始状态设置为Healthy。

步骤二中，双余度传感器信号的测量状态包括第一信号的测量状态和第二信号的测量状态。根据双余度传感器信号的测量状态和极值判断结果，得到信号状态信息包括：根据第一信号的测量状态和第一信号的极值判断结果，得到第一信号状态信息，其中，当且仅当第一信号的测量状态以及第一极值通道的状态均为Healthy时，第一信号状态信息为Healthy；根据第二信号的测量状态和第二信号的极值判断结果，得到第二信号状态信息，其中，当且仅当第二信号的测量状态以及第二极值通道的状态均为Healthy时，第二信号状态信息为Healthy，参见表1。

表1

序号	极值判断结果	信号测量状态	信号状态信息
				1	Healthy	Healthy	Healthy
2	Healthy	Faulty	Faulty
				3	Faulty	Healthy	Faulty
4	Faulty	Faulty	Faulty

进一步，步骤三中，对信号状态信息进行故障积分，得到故障积分结果包括：对第一信号状态信息进行故障积分，得到第一故障积分结果；对第二信号状态信息进行故障积分，得到第二故障积分结果。本申请一个实施方式中的故障积分算法为：将故障积分的初始值设为0，当出现故障时正向积分，积分累加值加100，当故障消失时负向积分，积分累加值减1，积分累加为负值时，将积分累加值设置为0(当信号状态信息一直处于Healthy状态时，积分一直减1会出现负数，此时将积分累加值设置为0)。积分累加值为0时，故障积分结果设置为Healthy，当积分累加值在0和所设置的阈值之间时，故障积分结果设置为Degraded，当积分累加值超过所设置阈值时，故障积分结果设置为Faulty。

本实施例中，对第一信号状态信息进行故障积分，得到第一故障积分结果包括：当第一信号状态信息为Faulty时，对每个周期输入的第一信号状态信息进行正向积分；当第一信号状态信息为Healthy时，对每个周期输入的第一信号状态信息进行负向积分；设定第一积分累加阈值，当积分累加值等于0时，则第一积分故障状态设为Healthy，当积分累加值超出第一积分累加阈值时，则第一积分故障状态设为Faulty，当积分累加值介于0到第一积分累加阈值之间时，则第一积分故障状态设为Degraded。对第二信号状态信息进行故障积分，得到第二故障积分结果包括：当第二信号状态信息为Faulty时，对每个周期输入的第二信号状态信息进行正向积分；当第二信号状态信息为Healthy时，对每个周期输入的第二信号状态信息进行负向积分；设定第二积分累加阈值，当积分累加值等于0时，则第二积分故障状态设为Healthy，当积分累加值超出第二积分累加阈值时，则第二积分故障状态设为Faulty，当积分累加值介于0到第二积分累加阈值之间时，则第二积分故障状态设为Degraded。

本实施例中，故障积分中可以考虑以下两个因素：

(1)当传感器故障持续时间与一次平均飞行时间的占比已达到1％时，考虑传感器已出现故障需要进行相应的维修；

(2)当传感器的某一周期出现故障后，若后续若干周期均未出现故障，则判定传感器恢复正常，一般可设比例为1：100。

步骤四中，将交叉判断结果、第一信号状态信息、第二信号状态信息、第一故障积分结果、第二故障积分结果输入到表决器中进行表决，得到表决结果，得到表决结果作为最终使用值，同时给出传感器故障维护信息。

在本申请的一个实施方式中，表决器的表决原则如表2所示。

表2

本申请的基于故障积分的双余度传感器信号表决方法，可直接应用于发动机控制参数的信号表决。本申请通过将故障积分结果引入发动机信号表决，当某一余度信号存在虚连故障时，此信号的故障积分为Degraded或Faulty，则该余度信号不参与控制，避免了因参数选择变化而带来的发动机不稳定控制；同时，在传感器故障判定过程中考虑了故障时间的影响因素，只有当传感器故障时间达到一定量值时才会判断传感器出现故障，可以降低由故障误判断造成的维修成本增加。本申请不局限于用于航空发动机控制系统传感器的故障判断与信号表决，同样适用于其它相似系统中传感器的故障判断与信号表决；故障积分不限于双余度传感器的判断，同样适用于单余度传感器的故障判断。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种基于故障积分的双余度传感器信号表决方法，其特征在于，包括：

步骤一：获取双余度传感器信号的测量值，对所述双余度传感器信号的测量值进行极值故障判断和交叉故障判断，得到极值判断结果和交叉判断结果；

步骤二：获取双余度传感器信号的测量状态，根据所述双余度传感器信号的测量状态和所述极值判断结果，得到信号状态信息；

步骤三：对所述信号状态信息进行故障积分，得到故障积分结果；

步骤四：根据所述交叉判断结果、所述信号状态信息、所述故障积分结果进行表决，得到表决结果；

步骤一中，所述双余度传感器信号的测量值包括第一信号的测量值和第二信号的测量值；

步骤一中，所述对所述双余度传感器信号的测量值进行极值故障判断和交叉故障判断包括：

对所述第一信号的测量值进行极值故障判断，得到第一信号的极值判断结果；

对所述第二信号的测量值进行极值故障判断，得到第二信号的极值判断结果；

对所述第一信号的测量值和所述第二信号的测量值进行交叉故障判断，得到交叉判断结果；

所述对所述第一信号的测量值进行极值故障判断，得到第一信号的极值判断结果包括：

设定第一极值判定阈值，所述第一极值判定阈值包括高阈值和低阈值；

判断所述第一信号的测量值是否超出所述第一极值判定阈值，若是，则第一极值通道的状态设为Faulty，若否，则第一极值通道的状态设为Healthy；

其中，所述第一极值通道的初始状态设置为Healthy；

所述对所述第二信号的测量值进行极值故障判断，得到第二信号的极值判断结果包括：

设定第二极值判定阈值，所述第二极值判定阈值包括高阈值和低阈值；

判断所述第二信号的测量值是否超出所述第二极值判定阈值，若是，则第二极值通道的状态设为Faulty，若否，则第二极值通道的状态设为Healthy；

其中，所述第二极值通道的初始状态设置为Healthy；

所述对所述第一信号的测量值和所述第二信号的测量值进行交叉故障判断，得到交叉判断结果包括：

设定交叉故障判定阈值，所述交叉故障判定阈值包括高阈值和低阈值；

获取第一信号的测量值与第二信号的测量值的差值；

判断所述差值是否超出所述交叉故障判定阈值，若是，则交叉通道故的状态为Faulty，若否，则交叉通道的状态设为Healthy；

其中，所述交叉通道的初始状态设置为Healthy；

步骤二中，所述双余度传感器信号的测量状态包括第一信号的测量状态和第二信号的测量状态；

步骤二中，所述根据所述双余度传感器信号的测量状态和所述极值判断结果，得到信号状态信息包括：

根据所述第一信号的测量状态和所述第一信号的极值判断结果，得到第一信号状态信息，其中，当且仅当所述第一信号的测量状态以及第一极值通道的状态均为Healthy时，所述第一信号状态信息为Healthy；

根据所述第二信号的测量状态和所述第二信号的极值判断结果，得到第二信号状态信息，其中，当且仅当所述第二信号的测量状态以及第二极值通道的状态均为Healthy时，所述第二信号状态信息为Healthy；

步骤三中，所述对所述信号状态信息进行故障积分，得到故障积分结果包括：

对所述第一信号状态信息进行故障积分，得到第一故障积分结果；

对所述第二信号状态信息进行故障积分，得到第二故障积分结果；

对所述第一信号状态信息进行故障积分，得到第一故障积分结果包括：

当所述第一信号状态信息为Faulty时，对每个周期输入的所述第一信号状态信息进行正向积分；

当所述第一信号状态信息为Healthy时，对每个周期输入的所述第一信号状态信息进行负向积分；

设定第一积分累加阈值，当积分累加值等于0时，则第一积分故障状态设为Healthy，当积分累加值超出所述第一积分累加阈值时，则第一积分故障状态设为Faulty，当积分累加值介于0到所述第一积分累加阈值之间时，则第一积分故障状态设为Degraded；

对所述第二信号状态信息进行故障积分，得到第二故障积分结果包括：

当所述第二信号状态信息为Faulty时，对每个周期输入的所述第二信号状态信息进行正向积分；

当所述第二信号状态信息为Healthy时，对每个周期输入的所述第二信号状态信息进行负向积分；

设定第二积分累加阈值，当积分累加值等于0时，则第二积分故障状态设为Healthy，当积分累加值超出所述第二积分累加阈值时，则第二积分故障状态设为Faulty，当积分累加值介于0到所述第二积分累加阈值之间时，则第二积分故障状态设为Degraded。

2.根据权利要求1所述的基于故障积分的双余度传感器信号表决方法，其特征在于，步骤四具体为：

根据所述交叉判断结果、所述第一信号状态信息、所述第二信号状态信息、所述第一故障积分结果、所述第二故障积分结果进行表决，得到表决结果。

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