复杂电子装备健康管理系统中参数模糊化处理

摘要： 针对电子装备故障预测中的预测参数选取并进行模糊化处理，建立电子装备健康管理系统并进行故障预测，设置故障预测参数选取原则，基于模糊Petri网模型提取反映电子装备故障状态的预测参数，并采用基于相关危险度的统计选取出最优故障预测参数。

Abstract： According to the forecast parameters selection in electronic equipment fault prediction and fuzzy processing， this paper establishes electronic equipment health management system and fault prediction， sets the selection principle of fault prediction parameters， extracts fault prediction parameters of electronic equipment based on fuzzy Petri net model， and uses statistical risk based on degree to select the optimal parameters of fault prediction.

关键词： 电子装备故障;预测参数;健康管理系统;模糊Petri网

Key words： electronic equipment fault;prognostics parameter;health management system;fuzzy Petri net

中图分类号：TP206+.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）04-0234-02

1 概述

进入21世纪以来，在需求牵引和技术推动下，故障预测和健康管理在西方等发达国家得到了迅速的发展，在机械、航空航天、石化等多个领域得到了广泛的应用。故障预测与健康管理系统是实现视情维修的基础，在我国航空、航天等领域得到了应用，而在陆用等电子装备的具体应用还没有，基本都处于理论研究的阶段。准确的故障预测是预测与健康管理系统的关键技术。目前，针对电子产品与装备的故障预测方法分三种：

①基于故障预测参数监测;

②基于故障物理模型（Physics of Failure，POF）;

③基于内建“损伤标尺”[1-3]。

本文主要解决健康管理系统中参数模糊度确定的问题。建立电子装备健康管理系统并进行故障预测，设置故障预测参数选取原则，基于模糊Petri网模型提取反映电子装备故障状态的预测参数，并采用基于相关危险度的统计选取出最优故障预测参数。

2 电子装备故障预测信息系统

定义一个六元组是复杂电子装备故障监控测量信息系统。其中：

P={p1，p2，…，pm}为Place集，复杂电子装备组件集的工作状态，每个元素pi（1≤i≤n）为复杂电子装备的一个可更换单元或部件;

T={t1，t2，…，tm}为Transition集，复杂电子装备Transition规则集合，每个元素tj（1≤j≤m）为一监控测量参数;

I：TP的映射Transition到其所有输入Place的输入，即复杂电子装备中的元器件模块中的输入信号;

O：TP的映射Transition到其所有输出Place的输出，即复杂电子装备元件集中的输出信号;

F：T[0，1]的映射Transition的确信因子，即确信度;

W：P[0，1]的映射Place到其令牌所指的Transition方程。

3 电子装备故障预测参数选取原则

本文综合考虑各方面因素，由此，在选取电离层探测仪故障特征参量时应该遵循以下的原则：

①高度的敏感性[4]：当电离层探测仪的状态发生微弱变化时，相应的故障特征应该有较大的变化;

②高度的可靠性[5]：电离层探测仪故障诊断的参量应该依赖于系统状态的变化而变化。如故障诊断参量和系统状态应该是一一对应的关系;

③实用性[6]：作为探测仪故障的诊断参量应该是能够便于检测比较容易获得;

④监控信号的参数能反映电离层探测仪中较多模块的运行或故障状态;

⑤监控信号的参数能对电离层探测仪可更换单元模块进行故障鉴别;

⑥监控信号的参数与对应的故障模式具有较高的相关性;

⑦监控信号的参数具有可测性。

4 电子装备故障预测参数选取方法

4.1 基于多信号流图的故障预测参数提取

电离层探测仪故障诊断采集的诊断信息存在一定程度的重叠，对其进行参数提取，用较少的原始参数来充分准确描述电离层探测仪的运行状态，可极大地降低故障诊断的复杂程度。

在电离层探测仪系统中，通过多信号流图建立电子装备可更换单元与故障参数之间的对应关系。电离层探测仪由天线（m1）、发射机（m2）、接收机（m3）、DSP&FPGA模块（m4）单元组成，假设下面14个参数s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、s8、s9、s10、s11、s12、s13、s14参数能反映电离层探测仪性能和故障状态，需要引出六个测试接口TP1、TP2、TP3、TP4、TP5、TP6。根据电离层探测仪的工作原理，按照多信号流图模型的建模步骤，建立电离层探测仪器的多信号流图相关模型如图1所示。根据多信号流图模型，可得电离层探测仪的故障检测相关矩阵如表1所示。

经决推理根据故障参数选择原则，选择发射机选择X1激励脉冲信号（s1）、X2功放输出RF信号（s2）、24V（s3）电压为监控参数;接收机选择时钟控制信号（s4）、第一中频放大输出（s5）、第二中频放大输出（s6）、回波信号RFin（s7）为监控参数;DSP&FPGA模块选择+5V电压（s8）、发射通道射频控制信号（s9）、接收通道射频控制信号（s10）为监控参数。在电离层探测仪故障诊断模块中把上述s1至s10十个信号参数实时采集送至存储模块，然后正常信号参数比较从而达到实现故障自动诊断的目标。并且在实际运行情况也可以对电离层探测仪使用情况进行记录，当无法自动诊断故障时，也可以把以往正常运行中的信号参数调出，以备电离层探测仪维修专家手动排除故障。

4.2 故障预测参数模糊化处理

以选出最优的故障诊断参数集其模糊如表3所示，而且可以以最少的诊断参数实现对设备故障状态的识别，从而降低监控成本和故障诊断的复杂度。

电压模糊化电离层探测仪正常工作需要电源提供各种交流和直流电压。如220V交流电压，+5V、+12V电压等。在工作过程中可能有欠压、正常、过压三种状态。

5 结束语

针对目前复杂电子装备健康管理系统中参数选取困难的问题，本文通过提出故障预测参数选取原则，系统论述故障预测参数模糊化处理的方法和步骤。实例证明，利用模糊Petri网对参数进行处理，可以避免故障模式、故障状态和故障判据主观因素的影响。

参考文献：

[1]Lin，J.. Feature extraetion of maehine sound using wavelet and its applieation infault diagnosis[J]. Ndt&E International，2001，34（1）：25-30.

[2]王荣杰，胡清.基于知识的故障诊断方法的发展现状与展望[J].微计算机，2006，22（3）：220-223.

[3].测量雷达智能诊断技术研究[D].沈阳：东北大学，2009.

[4]David K. Barton. 南京电子研究所译. 雷达系统分析与建模[M].电子工业出版社，2007.

[5]高原.基于Petri网的间歇过程智能监控技术研究[D].北京：北京化工大学，2009.

[6]席素梅.基于Petri网的知识表示方法研究[D].济南：山东大学，2009.

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作者简介：谢存（1981-），男，山东泰安人，讲师，主要研究方向为复杂电子装备故障预测与健康管理系统。