冗余采集系统中的故障定位的制作方法

1.本发明涉及双工采集系统(还称为冗余采集系统)中的故障管理。
2.本发明将在飞行器的涡轮机的总体框架内进行说明，但本发明适用于任何双工采集系统。
3.采集系统测量例如阀门的位置、气缸的行程等。


背景技术：

4.安装在单引擎飞行器上的引擎通常相比于双引擎应用框架内的引擎，更加受到安全限制。事实上，对于双引擎应用，引擎停机是一种相比于单引擎应用下的引擎停机，危险程度更低的事件，在单引擎应用中，该事件被归类为非常危险，因为单个引擎的推力损失会导致飞行器的推进力的损失。
5.因此，需要对此类应用的故障管理进行调整，以尽可能避免不可接受的推力损失(称为lotc：推力控制损失)。可生成lotc的采集通常是物理冗余的(双工采集)，以防止简单的电气故障导致lotc(例如cs
‑
e 50认证要求)。
6.因此，双工采集中涉及的机械或电气或电子系统或任何组合是冗余的：其包括至少两个通道a和b来执行相同的采集功能。
7.物理冗余允许检测简单故障并适应简单故障。实际上，通道a和b之间的偏差测试δ(例如计算各通道a，b所测量的值例如强度或电压之间的偏差，或者计算各通道a，b所测量的值对应的数字信号之间的偏差)通常在采集时在调节程序中执行，以检测这些简单故障。
8.图1说明了这种方法。稍后将予以描述。
9.该偏差测试δ计算通道a，b之间的偏差δ，并将偏差δ与预定的检测阈值th_d进行比较：
10.‑
如果通道a和b之间的偏差δ小于检测阈值th_d，则认为没有故障(要么两个通道a，b确实完好，要么一个通道轻微故障，但故障足够小而对引擎级别没有影响)，
11.‑
如果通道a和b之间的偏差δ大于检测阈值th_d，则认为两个通道a，b之一出现故障，因为这个偏差δ太大而无法反映引擎的实际物理行为。然后就说检测到故障。
12.一旦检测到故障，就需要定位故障，即确定两个测试通道中出故障的通道。
13.通常，通过利用仲裁模型进行三向投票，在检测的同时进行定位：使用被测物理量的模型(该模型提供物理量的建模值，建模值根据引擎环境中其他物理量的测量结果得出)，认为最接近该模型的通道a，b，即从中采集的值与物理量的建模值最接近的通道a，b是有效的。
14.换句话说，当检测到故障且通道a(或b)接近模型时，则认为通道b(或a)有故障并选择通道a(或b)。例如，该选择意味着通道a将用于与飞行器相关的所有其他操作。通道b在功能上被忽略。
15.这种策略的问题在于模型的精度通常远低于传感器的精度，这很快就会导致错误
的定位。
16.下面的示例将说明这种情况。
17.在实践中，给采集之后的各种处理操作选择的值(在其他计算中采集的测量值的使用等)一般是在标称操作中(即当两个通道a和b完好时)在通道a，b之间的算术平均值，然后其允许两个通道之一的故障对所选的值的影响减半(在图1中，直到t＝t1的虚线)。然而，在定位错误的情况下(即如果出现故障，则选择了错误的通道)，则错误全部采用，这是最不利的情况。
18.的确，如果考虑intact_channel＝acutal_value且faulty_channel＝acutal_value fault，则确实观察到，错误通道的选择相比于没有适应更加不利。
19.如果选择完好的通道，则得到
20.selected_value＝intact_channel＝acutal_value。
21.如果选择通道之间的平均值，则得到
22.selected_value＝1/2(intact_channel faulty_channel)
23.＝1/2(acutal_value acutal_value fault)
24.＝acutal_value 1/2fault。
25.如果选择故障通道，则得到
26.selected_value＝faulty_channel＝acutal_value fault。
27.因此，在错误选择的情况下，整个过程经历故障，而在考虑平均值的情况下，故障只有一半。
28.在图1的示例中，考虑具有漂移b通道的传感器。假设在8k错误测量的情况下(故障阈值th_err)，会发生令人担忧的事件(例如lotc)。
29.定义通道之间的偏差的检测阈值(“交叉检查”阈值)th_d为1k(设计参数)，且需要在检测的同时进行定位。此外，在标称操作中，选择通道a，b之间的平均值。
30.在时间t0，两个通道之一是漂移通道(假设漂移通道是通道b)。所选曲线对应于标称速度下的平均值，缓慢发生两倍漂移(在图1中，直到t＝t1的虚线)。在t1，通道b达到检测阈值。由于通道a和b的传感器是准确的，所以这种检测可靠(即实际上存在问题)。
31.由于还必须在t1进行定位，因此需要将通道a和b与模型进行比较。另一方面，由于检测很早就进行(偏差δ小)，因此模型的“错误”精度并不总是允许区分故障通道和完好通道。因此，如果在通道b上选择，则所选曲线b相比于所选曲线保持通道a，b的平均值的情况，将更快地达到事件th_err的阈值。因此，右通道a被拒绝，且情况立即恶化。
32.然后观察到，在某些情况下，过于仓促的定位会导致放大如下现象：如果不采取行动，则这种现象会变得更弱。
33.因此，最好确定正确的定位时间，以将错误定位的可能性降至最低。
34.最后，有时使用的另一种方法是：只要故障无法定位，就不检测故障。在这种情况下，缺点是故障检测会延迟。
35.随后提出的本发明定义一种策略，该策略允许大大减少错误定位的数量并因此导致更安全的调节系统。


技术实现要素：

36.本发明从观察到采用当前故障管理策略的错误定位率相对较高的情况开始。事实上，故障检测和定位同时进行，而这两个阶段并不满足相同的需求：
37.‑
检测是一种主要基于传感器精度的操作，且检测阈值通常由该精度决定，
38.‑
定位是一种基于仲裁模型精度的操作，在该操作期间，试图通过依赖于模型的输出来评估最可能的真实通道。
39.因此，检测阶段和定位阶段对区分开非常感兴趣，因为检测阶段和定位阶段不是由相同的尺寸参数指导。当故障的幅度相对低时，不适应故障(保护通道之间的平均值)相比于在承担重大错误风险的同时寻求定位故障，更安全。
40.就这一点而言，根据第一方面，本发明提出一种用于检测和定位采集系统中的故障的方法，采集系统包括用于对环境中的物理量进行测量的两个冗余采集通道，该方法使用包括存储器的计算单元，存储器存储所测量的物理量的模型，所述模型基于对所述环境中的其他物理量的测量来提供物理量的建模值，该方法实现如下步骤：
41.‑
(e1)当两个通道(a，b)的测量值之间的偏差达到检测阈值时，检测到缺陷采集通道的征兆错误，
42.‑
(e2)等待以在保持错误可控的时间段内使采集系统演化，
43.‑
(e3)当通道之间所测量的值的偏差达到定位阈值时，在两个通道之中定位缺陷通道，通过将每个通道的测量值与物理量的建模值进行比较而进行所述定位，
44.定位阈值与检测阈值不同。
45.时间段t优选地不为零。其对应于错误的无害时间段。
46.在一个实施例中，计算单元生成工作数据，只要不触发定位步骤(e3)，工作数据就会考虑两个采集通道的值，所述方法包括如下步骤：
47.‑
(e4)一旦已执行缺陷通道定位步骤(e3)，则选择无缺陷通道作为工作量。
48.在一个实施例中，故障阈值是预定义的，且计算单元生成工作数据，只要不触发定位步骤(e3)，工作数据就会考虑两个采集通道的值，其中，选择定位阈值使得两个通道的值之间的偏差可超过故障阈值，但是使得工作数据与两个通道中任一通道的值之间的偏差不能超过故障阈值。
49.在一个实施例中，定位阈值大于故障阈值。
50.在一个实施例中，工作量对应于该单元的输出量，供其他计算器进行后续处理。
51.在一个实施例中，工作量对应于通道的量的算术平均值。
52.在一个实施例中，定位阈值介于(优选地，严格介于)故障阈值和故障阈值的两倍之间。
53.在一个实施例中，在执行定位步骤(e4)之前，优选地在检测步骤(e3)时，由计算单元发出通知检测的步骤，以提供关于检测到但未定位的故障的状态的信息。
54.在一个实施例中，检测阈值和/或定位阈值和/或故障阈值和/或物理量的模型是采集系统的操作范围的函数和/或是模型的精度的函数。
55.在一个实施例中，基于两个通道的传感器规格来设置检测阈值。
56.在一个实施例中，阈值和偏差以绝对值表示(因此，是正值)。
57.根据第二方面，本发明提出一种用于对采集系统中的测量采集通道的故障进行检
测和定位的计算单元，采集系统包括用于对环境中的物理量进行测量的两个冗余采集通道，计算单元包括存储器(24)，存储器存储所测量的物理量的模型(mod)，所述模型基于对所述环境中的其他物理量的测量来提供物理量的建模值，计算单元配置成从采集系统的采集通道接收测量数据，
58.计算单元配置成实现上述方法的步骤，特别是实现如下步骤：
59.‑
(e1)当两个通道的测量值之间的偏差超过检测阈值时，检测到错误，
60.‑
(e2)等待以在一定时间段内使采集系统演化，
61.‑
(e3)当通道之间所测量的值的偏差超过定位阈值时，在两个通道之中定位缺陷通道，通过将每个通道的测量值与物理量的建模值进行比较而进行所述定位，
62.定位阈值与检测阈值不同。
63.根据第三方面，本发明提出一种组件，该组件包括如上所述的计算单元和双工采集系统。
64.根据第四方面，本发明提出一种定位采集系统中的故障的方法，采集系统包括用于对环境中的物理量进行测量的两个冗余采集通道，该方法使用包括存储器的计算单元，存储器存储所测量的物理量的模型，所述模型基于对所述环境中的其他物理量的测量来提供物理量的建模值，该方法实现如下步骤：
65.‑
(e3)当通道之间所测量的值的偏差达到定位阈值时，在两个通道之中定位缺陷通道，通过将每个通道的测量值与存储在存储器中的通道模型进行比较而进行所述定位，
66.其中，定义故障阈值，且计算单元生成工作数据，只要不触发定位步骤(e3)，工作数据就会考虑两个采集通道的值，其中，选择定位阈值使得两个通道的值之间的偏差δ可超过故障阈值，但是使得工作数据与两个通道中任一通道的值之间的偏差不能超过故障阈值(优选地，两个偏差中最大的偏差不能超过故障阈值)。
67.这里的定位步骤涉及检测步骤。
68.根据第五方面，本发明提出一种用于对采集系统中的故障进行检测和定位的计算单元，采集系统包括用于对一个环境中的物理量进行测量的两个冗余采集通道，计算单元包括存储器，存储器存储所测量的物理量的模型，所述模型基于对所述环境中的其他物理量的测量来提供物理量的建模值，计算单元配置成从采集系统的采集通道接收测量数据，
69.计算单元配置成实现上述方法的步骤，特别是实现如下步骤：
70.‑
(e3)当通道之间所测量的值的偏差达到定位阈值时，在两个通道之中定位缺陷通道，通过将每个通道的测量值与存储在存储器中的通道模型进行比较而进行所述定位，
71.其中，定义故障阈值，且计算单元生成工作数据，只要不触发定位步骤(e3)，工作数据就会考虑两个采集通道的值，其中，选择定位阈值使得两个通道的值之间的偏差δ可超过故障阈值，但是使得工作数据与两个通道中任一通道的值之间的偏差不能超过故障阈值(优选地，两个偏差中最大的偏差不能超过故障阈值)。
附图说明
72.本发明的其他特征、目的和优点将从以下描述中显现，这些描述纯粹是说明性的而非限制性的，且应参考附图来阅读，其中：
73.图1示出了已知的检测和定位方法。
74.图2示出了用于实施本发明的组件。
75.图3示出了根据本发明的一个实施例的方法。
具体实施方式
76.图2示出了一种组件，该组件包括双工或冗余采集系统10以及能够从采集系统10接收数据的计算单元20。
77.采集系统10包括用于测量与机械、电子、电气和/或液压装置30相关的数据的第一通道a和第二通道b。通道a，b旨在测量相同装置30的相同物理量。通道a和b各自包括相应的至少一个传感器12、14(电压传感器、磁场传感器、温度传感器、扭矩传感器、力传感器等)。
78.然后，两个通道a，b的传感器12、14将它们的数据发送到计算单元20。数据通常以电压值的形式表示传感器12、14正在测量的参数。数据可以以数字或模拟方式传输。特别地，数据可被预处理(过滤、平滑等，在传感器的级别下或在计算单元20的级别下进行)以能够在根据本发明的不同实施例的方法的情况下使用。
79.因此，采集系统10可包括处理模块16以执行来自通道a，b的数据的预处理，使得计算单元20接收可直接使用的数据。
80.计算单元20包括处理器22，处理器22能够处理数据(例如计算采集通道a，b的值之间的差、从这些采集通道a，b计算新的量、计算平均值等)并执行计算，且计算单元20还包括存储器24。处理器22可与存储器24通信。
81.计算单元20还具有生成工作数据s的功能，然后工作数据s由飞行器的其他计算器使用。工作数据s对应于采集通道a，b的值的函数，该函数可写成s＝f(a，b)的形式。冗余原则要求函数f的对称原则(因为优选地，两个通道a，b通常未区分开，且两个通道都没有优于另一个通道)，因此，优先选择使得f(a，b)＝f(b，a)的函数f。情况可能并非如此：有时，对于某些温度，优选地使通道之间的温度达到最大值，以防止温度过高。
82.在优选实施例中，函数f是平均值并获得s＝moy_ab＝(a b)/2。这意味着工作数据s对应于采集通道a和b的值的平均值。
83.存储器24存储由通道a，b测量的量的计算机模型mod。该模型是预先从其他测量值开发出来的。
84.如前所述，传感器12、14的精度优于模型mod的精度。
85.计算单元20可将多个计算子单元组合在一起，特别是在不同计算器或计算机之间共享任务的情况下。
86.采集通道a，b连续地(或以规则的间隔)采集与设备30相关的数据。这些数据发送到计算单元20，计算单元20具体地计算通道a，b的测量值之间的偏差δ。该偏差δ可以是绝对值或相对值(正值或负值)。为了在本说明书中说明一些情况，认为所获得的值验证了δ的如下定义：b＝a δ。
87.定义故障阈值th_err，根据该故障阈值，认为在测量过程中，在发生故障之后，偏差δ可导致可怕或不希望的事件(例如lotc)。这意味着如果工作数据s对应于缺陷采集通道(因此要避免)，则存在导致不希望的事件的风险。
88.图3以图形方式示出了检测和定位方法的不同步骤，将描述该方法。此处假设故障阈值为8k。
89.在第一步骤e1中，当偏差δ达到检测阈值th_d(图3中的1k)时，检测到出故障后的错误。该错误是采集通道故障的征兆。与检测阈值th_d相关的数据通常存储在存储器24中。检测阈值th_d取决于采集系统10，尤其包括传感器12、14的规格(由此取决于传感器12、14的精度)。
90.步骤e1由计算单元20实现。在图3中，步骤e1在t1发生。
91.可选地，通知步骤e1'由计算单元20触发，以提供已检测到错误所依据的信息。错误检测信息可以由计算机、计算单元20的另一模块使用，或者由人类操作员等使用。因此，存在与采集系统相关的错误检测信息，错误检测信息表明两个通道a，b之一有缺陷，但在此阶段无法识别是哪个通道有缺陷。
92.然后，执行等待步骤e2，等待步骤e2简单地对应于等待以在一时间段t内使系统演化。在该等待步骤e2期间，故障是已知的但是可控制，即已知产生的错误不会导致可怕的事件：因此，这是保持错误可控的时间段或错误无害的时间段。时间段t持续，直到触发缺陷通道的定位步骤e3(见图3)。时间段t通常不为零(除非出现明显故障，此时通道立即移动)。
93.当通道a，b之间的测量值的偏差δ达到定位阈值th_l时，执行定位步骤e3(图3)。通过将通道a，b的测量值与存储在存储器24中的通道a，b的模型mod进行比较来进行定位。通常，被视为无缺陷的通道a，b是最接近模型mod的通道。最接近意味着值之间的偏差最小。
94.步骤e3由计算单元20实现。在图3中，步骤e3在t2发生。
95.由于等待e2，使得自检测步骤e1以来偏差δ能够增长(例如在传感器增益漂移的情况下)，这意味着虽然模型mod不准确，但是对通道的识别出错的风险较小。
96.自然地，定位阈值th_l具有与检测阈值th_d的值不同的值，否则存在与早期定位相关的相同错误风险。
97.此外，由于检测e1在上游进行，因此创建了检测到但未定位的故障的新状态。因此，存在可建立一些预防性测量的预防性检测：不考虑由采集系统10或维护操作生成的数据。事实上，即使在此阶段，通道a，b出错的风险很高，但维护的危险程度远比在运行期间维护的危险程度低。因此，在此框架内尝试更早地定位错误，是合理的。
98.一旦进行定位e3并识别(或同时识别)缺陷通道，则实现无缺陷通道的选择步骤(还称为适应)e4。这意味着计算单元20的工作数据s变成无缺陷的采集通道
‑
另一个通道被忽略。
99.选择步骤e4由计算单元20实现。在图3中，步骤e4也在t1发生。
100.因此需要设置两个阈值：检测阈值th_d和定位阈值th_l。检测阈值th_d仅取决于传感器规格。
101.另一方面，定位阈值th_l的值仍有待确定，这需要知道在没有适应的情况下导致可怕事件的时间。
102.在实践中，如前所述，工作数据s对应于采集通道a，b的平均值moy_ab。根据定义，如果偏差δ等于th_err的测量出错，且如果工作数据s对应于缺陷通道，则存在以可怕事件结束的风险。
103.然而，只要缺陷采集通道没有被定位，故障的影响就会减半(因为，工作数据s是两个通道a，b之间的平均值moy_ab)。
104.因此，风险仅在s
‑
a＝moy_ab
‑
a＝th_err
‑
a时发生。从而得到th_err
‑
a＝(a b)/2
‑
a＝(a a δ)/2
‑
a＝δ/2，即δ＝2th_err。
105.因此，只有当通道之间的偏差δ达到2th_err时，即尽可能晚，才可能实现定位步骤e3。该值是极限，当通道之间的偏差δ达到th_l使得th_err<th_l≤2th_err时，安全裕度的应用意味着寻求定位。
106.换句话说，由于th_l>th_err(th_l严格大于th_err)，因此在等待步骤e2期间，将导致通道a，b之间的偏差δ超过故障阈值th_err。另一方面，由于th_l≤2th_err，因此在整个等待阶段e2期间，工作数据s＝moy_ab确实与通道a保持偏差(或者与通道b保持偏差，用绝对值表示，因为函数是平均值函数)，该偏差小于th_err，这意味着避免了可怕事件发生的风险。如果th_l＝2th_err，则当工作数据s＝moy_ab与通道a发生的偏差达到th_err时触发定位步骤。如果th_l<2th_err，则工作数据s＝moy_ab与通道a保持偏差，该偏差始终小于th_err。
107.由于可能存在其他输出数据s(使用除了平均值之外的函数f)，因此可以立即推广该原理：选择定位阈值th_l，使得两个通道a，b的值之间的偏差可超过故障阈值th_err，但是使得工作数据s与两个通道a，b中任一通道之间的偏差(可计算两个偏差，并可取最大偏差)不能超过故障阈值th_err。
108.这样，在故障采集通道上的误差最大时定位“最迟”，这大大降低了错误定位的概率。
109.阈值th_err、th_l_、th_d的值存储在计算单元20的存储器24中。这里阈值以绝对值表示，即阈值是正值。
110.如上所述，阈值和偏差有利地以绝对值表示，以便不依赖于所采集数据的符号。然而，可以在绝对值之外工作：然后必须考虑数据的符号和(增加或减少)演变。
111.由于所描述的方法，在定位步骤e3以根据需要适应之前，尽可能多地使用采集的最大容差。因此，越是掌握这种关键性，故障管理性能就可以提高得越多。
112.最后，采集系统10的操作和/或模型mod的精度可基于设备30的操作方式而变化。在这种情况下，每个阈值th_err、th_l和/或th_d的不同值，和/或模型mod，可基于采集系统10的操作范围和/或模型的精度，存储在存储器24中的表格中。