一种飞机空调系统故障诊断方法、电子设备及存储介质

本发明涉及民用航空，特别涉及一种飞机空调系统故障诊断方法、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、飞机空调系统是保障座舱环境控制、航空电子设备冷却以及乘员舒适性的重要机载系统，其运行状态直接影响飞行安全性和维修保障效率。飞机空调系统通常包含多个传感器、多个电子设备，其监测数据通常表现出多变量、非线性、强耦合、非平稳和时滞动态等特征，使得故障检测与故障隔离具有较高难度。

2、随着机载传感器和飞行数据采集技术的发展，基于数据驱动的故障诊断方法被广泛应用于飞机空调系统状态监测和故障诊断中。现有方法主要将监测数据作为输入数据，使用包括支持向量机、循环神经网络、长短期记忆网络等进行状态监测和故障诊断。

3、本申请发明人在实施过程中，发现现有的模型仅依赖数据统计相关性进行特征学习，容易将空调系统中不具备实际物理连接关系的传感器通道错误关联，从而产生跨子系统虚假耦合，导致故障诊断结果易出错、解释性不足。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种飞机空调系统故障诊断方法、电子设备及存储介质，用于解决现有技术中飞机空调系统故障诊断结果易出错、解释性不足的技术问题。

2、第一方面，本申请实施例提供一种飞机空调系统故障诊断方法，包括：

3、获取飞机空调系统多源传感器在预设时间窗口长度内的窗口数据；

4、对所述窗口数据进行独立通道特征提取及上下文特征提取，获取包含长时序动态信息的全局时序信息；

5、通过第g个物理拓扑掩膜矩阵对所述全局时序信息进行通道级过滤，将过滤后的第g个物理拓扑解耦特征输入混合专家模型中的第g专家网络，所述第g个物理拓扑掩膜矩阵只允许飞机空调系统中第g个物理子系统对应的监测通道特征通过，所述物理子系统至少包括左冷却包、右冷却包、配平空气系统、座舱温度控制系统以及循环与压力系统，g≥5；

6、通过被激活的专家网络提取对应物理子系统的局部动态特征，并根据每个被激活专家网络的路由权重和每个所述局部动态特征，获得混合专家时序特征；

7、将所述预设时间窗口长度内的所有所述混合专家时序特征与所述全局时序信息进行时间聚合，获得窗口级诊断特征；

8、根据所述窗口级诊断特征进行故障诊断，并输出故障诊断结果。

9、可选地，在所述通过被激活的专家网络提取对应物理子系统的局部动态特征之前，所述方法还包括：

10、将所述第g个物理拓扑解耦特征中第t个时刻的特征向量映射为当前路由嵌入向量；

11、对预设最大池化窗口长度内的历史路由嵌入向量和所述当前路由嵌入向量进行滑动平均；

12、根据滑动平均后的路由表示，获得第g个专家网络在第t个时刻的激活分数；

13、根据所有专家网络的所述激活分数选择所要激活的专家网络集合。

14、可选地，所述根据所有专家网络的所述激活分数选择所要激活的专家网络集合，包括：

15、从所有专家网络中选取所述激活分数最高的k个专家网络作为所述专家网络集合；

16、通过门控函数对被激活的专家网络的权重进行归一化，获得每个被激活的专家网络的路由权重。

17、可选地，所述根据所述窗口级诊断特征进行故障诊断，并输出故障诊断结果，包括：

18、根据所述窗口级诊断特征进行故障检测，获得异常概率；

19、根据所述异常概率和检测阈值计算获得二值异常指示变量；

20、当所述二值异常指示变量表征飞机空调系统处于异常状态时，触发故障分类检测，根据所述窗口级诊断特征进行故障分类，输出故障类别。

21、可选地，所述混合专家模型的训练样本的构造方法包括：

22、对于冷却包类故障，通过有效效率衰减项模拟性能退化的第一故障样本；

23、对于配平空气系统故障，通过周期扰动模拟控制异常的第二故障样本；

24、对于座舱温度控制故障，通过非线性时间偏置模拟温控漂移的第三故障样本；

25、对于循环与压力系统故障，通过多谐波调制模拟压力或循环波动的第四故障样本。

26、可选地，所述混合专家模型训练时使用复合损失函数进行联合优化；

27、所述复合损失函数包括故障检测损失、故障分类损失、专家活性正则化项和时间平滑正则化项。

28、可选地，所述对所述窗口数据进行独立通道特征提取及上下文特征提取，获取包含长时序动态信息的全局时序信息，包括：

29、通过通道独立特征嵌入函数对所述窗口数据进行特征提取，获得嵌入后的多通道时序特征；

30、通过上下文特征提取函数对所述多通道时序特征进行上下文特征提取，获取所述全局时序信息。

31、可选地，所述专家网络为时序专家网络，所述时序专家网络包括长短期记忆网络、门控循环单元、时间卷积网络或transformer编码器。

32、第二方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括有存储器，以及一个或者一个以上的程序，其中一个或者一个以上的程序存储于存储器中，且经配置由一个或者一个以上处理器执行所述一个或者一个以上的程序实现如第一方面所述的任一方法。

33、第三方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如第一方面所述的任一方法。

34、本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果：

35、本申请实施例提供一种飞机空调系统故障诊断方法，将飞机空调系统按照物理拓扑关系划分为多个物理子系统，包括左冷却包、右冷却包、配平空气系统、座舱温度控制系统以及循环与压力系统；采用混合专家模型进行飞机空调系统的故障诊断，模型中通过物理拓扑掩膜矩阵将对应子系统的监测通道特征输入对应的专家网络，保证不同专家网络与真实物理子系统之间的一致对应关系，抑制跨子系统虚假耦合，从而解决现有技术中飞机空调系统故障诊断结果易出错、解释性不足的技术问题，提高故障诊断的准确性、可解释性。

1.一种飞机空调系统故障诊断方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述通过被激活的专家网络提取对应物理子系统的局部动态特征之前，所述方法还包括：

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所有专家网络的所述激活分数选择所要激活的专家网络集合，包括：

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述窗口级诊断特征进行故障诊断，并输出故障诊断结果，包括：

5.如权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述混合专家模型的训练样本的构造方法包括：

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述混合专家模型训练时使用复合损失函数进行联合优化；

7.如权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述对所述窗口数据进行独立通道特征提取及上下文特征提取，获取包含长时序动态信息的全局时序信息，包括：

8.如权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述专家网络为时序专家网络，所述时序专家网络包括长短期记忆网络、门控循环单元、时间卷积网络或transformer编码器。

9.一种电子设备，其特征在于，包括有存储器，以及一个或者一个以上的程序，其中一个或者一个以上的程序存储于存储器中，且经配置由一个或者一个以上处理器执行所述一个或者一个以上的程序实现如权利要求1-8任一所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-8任一所述的方法。