航天器电源系统健康管理验证评估环境技术方案

本发明专利技术公开了一种开放式、分布式、可扩展的航天器电源系统健康管理验证评估环境，其为半实物平台，硬件平台为电源系统模拟与故障注入平台，软件平台由一个运行支撑环境与多个功能节点组成，包括目标对象节点、数据处理节点、故障诊断节点、故障预测节点与验证评估节点等，其中运行支撑环境包括运行管理器与节点驱动器，负责功能节点间协调运行，目标对象节点与硬件平台相连，作为验证评估环境数据源。本发明专利技术基于SoS(System of Systems)架构设计，支持基于配置的功能节点部署，提供开发接口，便于系统的二次开发与扩展；电源系统模拟与故障注入平台支持多变的系统配置状态与故障注入场景，能够满足航天器电源系统健康管理技术的开发调试与验证评估的需求。

【技术实现步骤摘要】
航天器电源系统健康管理验证评估环境
本专利技术涉及一种航天器电源系统健康管理验证评估环境，属于综合健康管理
，尤其涉及综合健康管理系统验证评估

技术介绍
综合健康管理技术整合了人工智能技术与先进测试信息技术，已经在关键的军事与工业应用中打开一扇大门。综合健康管理系统从异常探测、诊断与预测，再到状态推理技术，对关键系统及其子系统/原件进行监测与控制，提高维护与决策系统的效能，削减系统运行成本，降低灾难性事件发生概率。然而一旦一个综合健康管理系统投入运行，那么弥补它的一个错误将引发更多的成本投入，因此在部署之前对综合健康管理系统进行验证与评估有着至关重要的意义。综合健康管理系统提供设备及元件健康状态信息，支持操作与维修决策，而验证与评估技术则是在对其上述功能置信及信任量化过程中关键的一步。现代复杂系统通过配置健康管理系统，正逐步改变传统的维护保障体制，从以统计可靠性指标为依据的定期维修，向基于实际健康状态的视情维修转换。然而以各类智能信息处理、算法为基础的健康管理系统也给复杂武器装备的设计、验证、评估、成熟化带来诸多技术挑战。一个针对复杂系统健康管理系统验证评估与成熟化需要，通用化且具备高可扩展性的健康管理系统验证评估环境，可以实现对综合健康管理系统的定量验证评估，给出对综合健康管理系统的标准化、通用化评价。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对复杂系统健康管理技术验证评估与成熟化需要，提出一种以航天器电源系统为对象系统的分布式、开放式、可配置的健康管理验证评估环境，解决健康管理系统定量验证评估的难题，为客观评价和验收复杂系统的健康管理系统提供标准化、通用化测试平台。航天器电源系统健康管理验证评估环境为半实物平台，硬件部分为电源系统模拟与故障注入平台，主要包含充电部分、蓄电部分与负载部分等，并部署传感器网络，对系统实时运行状态进行监测，另外，硬件平台中通过开关控制与使用故障注入模块等方法实现故障模拟与注入，建立系统运行故障场景，这是对健康管理系统进行验证与评估的基础；软件部分采用分布式架构，基于SoS(SystemofSystems)架构设计，由一个运行支撑环境与多个功能节点组成，包括目标对象节点、数据处理节点、故障诊断节点、故障预测节点与验证评估节点等，其中运行支撑环境包括运行管理器与节点驱动器，每一个节点驱动器加载与驱动一个节点子系统，运行支撑环境负责功能节点间协调运行，目标对象节点与硬件平台相连，作为验证评估环境数据源。软件部分所述的分布式架构为一个以运行管理器为中心的星型拓扑结构，诸多功能节点子系统根据OSA-CBM标准体系架构按功能层次化划分，这样的层次化与模块化结合的设计，有利于提高系统的通用性与可扩展性。每一个节点驱动器根据节点描述文件中的节点子系统信息加载节点子系统，航天器电源系统健康管理验证评估环境提供了节点描述文件编写规范与节点子系统开发规范，支持将健康管理系统的不同层次的不同功能节点子系统通过配置部署于验证评估环境之中。这样的架构设计提高了软件平台的通用性并解决了健康管理系统中不同环节之间的交联耦合问题，首先将健康管理系统中的每一部分功能层次划分到一个功能节点，然后进一步进行软件层次的划分，将功能节点的交互逻辑、信息接口与节点具体行为进行解耦，在验证评估环境中交互逻辑由运行支撑环境负责，节点描述文件作为信息接口，而节点子系统中只需编写功能节点的具体行为。以此实现验证评估环境中健康管理系统每一个环节的自由配置与切换，尤其是健康管理算法功能节点的配置与切换，来满足不同健康管理算法在统一标准下量化评价与比较的需求。针对健康管理系统中多源异种的信息环境，本专利技术提出了基于发布订阅模式的验证评估环境数据交互机制与基于时间与事件的运行推进机制。在验证评估环境中，采用时间推进与事件推进相结合的运行推进机制，在目标对象节点中设置运行时钟，并设定一定的运行时间推进步长，采取时间推进的方式；其他节点根据各自功能选择时间推进或事件推进的方式。由时钟与事件共同对验证评估环境内的运行流程进行控制。在验证评估环境运行过程中，每个节点都是直接与运行管理器进行数据交互，运行管理器中包含一个节点信息表，负责维护各部署于验证评估环境中的节点信息，包括节点基本信息与节点交互关系信息，每一个节点的输入输出数据表等都编写于节点描述文件之中，由节点信息表读取，运行管理器根据节点信息表进行数据分发，协调各功能节点运行。因此通过配置实现数据层面的解耦，每个节点只需关心自己的输入输出数据，而不需要在开发时对其他节点进行依赖。电源系统模拟与故障注入平台为航天器电源系统健康管理验证评估环境中的硬件平台，也是整个验证评估环境的数据源头，其主要由充电部分、蓄电部分、负载部分、加电单元、控制单元组成，其中充电部分、蓄电部分、负载部分都包含两路通道，充电部分一路为太阳能电池模拟器，另一路为氙灯光源、太阳能电池板与程控电源共同组成的太阳能模拟系统，蓄电部分一路为铅酸电池，另一路为电池模拟器，负载部分一路为四个负载箱并联的直流负载，另一路为程控电子负载，同一时刻每一部分至多接通一路。同一部分不同通道切换的设计能提供更多的系统配置状态与故障注入场景，为后续对健康管理系统的验证与评估提供基础。本专利技术的优点在于：(1)所述的航天器电源系统健康管理验证评估环境软件平台采用基于SoS的架构设计，搭建了一个以运行管理器为中心的星形拓扑结构的平台，支持将健康管理系统不同层次的功能节点子系统通过配置部署于验证评估环境之中，并对功能节点的交互逻辑、信息接口与具体行为作分离，实现了验证评估对灵活配置与构建的支持，解决了功能节点间交联耦合问题；(2)本专利技术提出了验证评估环境中基于时间与事件的运行推进机制与基于发布订阅模式的验证评估环境数据交互机制，将不同功能节点间的数据依赖关系模型简化，解决了验证评估环境中多源异种信息环境问题，保证内部数据的可靠有效传输；(3)本专利技术中电源系统模拟与故障注入平台采用模块化设计，且在常规电源系统充电、蓄电与负载三部分中均做双通道设计，一路注重硬件结构还原的真实性，一路注重便捷的运行场景模拟，不同通道的硬件设计均有所不同，能够支持多样的系统配置状态与故障注入场景。附图说明图1为本专利技术提供的航天器电源系统健康管理验证评估环境架构图；图2为本专利技术的功能节点解耦示意图；图3为本专利技术的运行管理器软件层次化结构图；图4为本专利技术的节点驱动器软件层次化结构图；图5为本专利技术的电源模拟系统与故障注入平台硬件结构图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术提供的航天器电源系统健康管理验证评估环境及其实现方法进行详细说明。本专利技术提供了一种基于SoS(SystemofSystems)架构的分布式、开放式、可扩展的验证评估环境软件架构，包含运行支撑环境与功能节点组，所述验证评估环境软件架构如图1软件平台所示。验证评估环境软件架构基于SoS架构设计，即在系统中，健康管理系统不同层次的功能模块与验证评估模块部署为不同的功能节点，包括目标对象节点、数据处理节点、故障诊断节点、故障预测节点与验证评估节点等，这些节点作为子系统在验证评估环境中协同运行，与运行支撑环境共同组成整个验证评估环境软件平台，目标对象节点与硬件平台相连，目标对象节点从硬件平台传感器网络获取数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.航天器电源系统健康管理验证评估环境，其特征在于：所述的验证评估环境采用基于SoS(System of Systems)的开放式、分布式、可扩展的软件架构，包含运行支撑环境与功能节点组，运行支撑环境包含一个运行管理器与多个节点驱动器，功能节点组包括目标对象节点、数据处理节点、故障诊断节点、故障预测节点与验证评估节点等；所述的验证评估环境包含一个电源系统模拟与故障注入硬件平台，包括充电部分、蓄电部分、负载部分、加电单元、控制单元等。

【技术特征摘要】
1.航天器电源系统健康管理验证评估环境，其特征在于：所述的验证评估环境采用基于SoS(SystemofSystems)的开放式、分布式、可扩展的软件架构，包含运行支撑环境与功能节点组，运行支撑环境包含一个运行管理器与多个节点驱动器，功能节点组包括目标对象节点、数据处理节点、故障诊断节点、故障预测节点与验证评估节点等；所述的验证评估环境包含一个电源系统模拟与故障注入硬件平台，包括充电部分、蓄电部分、负载部分、加电单元、控制单元等。2.根据权利要求1所述的航天器电源系统健康管理验证评估环境，其特征在于：所述的验证评估环境软件平台采用的分布式架构，是以运行管理器为中心的星型拓扑结构，健康管理系统不同层次的功能模块部署为不同的功能节点，由节点驱动器分别加载与驱动，并通过节点驱动器连接到运行管理器，由运行管理器维护不同功能节点的协调运行。3.根据权利要求1所述的航天器电源系统健康管理验证评估环境，其特征在于：所述的验证评估环境在软件设计上对功能节点实现解耦，以提高架构核心运行支撑环境的通用性并解决不同功能节点间的复杂交联耦合问题，解耦的具体方法为将功能节点的交互逻辑、信息接口与节点具体行为进行分离，在验证评估环境中交互逻辑由运行支撑环境负责，节点描述文件作为信息接口，而节点子系统中只需编写功能节点的具体行为。4.根据权利要求2所述的运行管理器，其特征在于：运行管理器的软件结构采用层次化设计，分为用户界面层、逻辑控制层与功能实现层，其中功能实现层采用模块化设计，便于软件的维护与扩展；用户界面层的操作界面支持运行管理器的启动与关闭控制以及相关参数的设定；逻辑控制层中的逻辑控制器负责系统运行的主体逻辑；功能实现层包含通信服务器模块、数据管理器模块与节点信息管理器。5.根据权利要求2所述的节点驱动器，其特征在于：节点驱动器的软件结构采用层次化设计，分为用户界面层、逻辑控制层与功能实现层；用户界面层包含一个公共窗体与一个节点窗体，公共窗体提供的功能主要有节点子系统模型库文件的装载、系统运行流程的控制、交互关系的设置与信息实时显示；节点窗体是特定功能节点的显示和操作界面；逻辑控制层中的逻辑控制器负责系统运行的主体逻辑；功能实现层包含定时器模块、通信客户端与模型驱动器。6.根据权利要求3所述的节点描述文件，其特征在于：节点描述文件中定义功能节点的接口信息，包括基本信息表、输入变量表、输出变量表、预备指令表、初始化指令表、结束指令表等；基本信息表中包含功能节点模型文件名称、路径、类型等基本信息；输入变量表和输出变量表分别描述模型运行推进时的输入输出信息；预备指令表、初始化指令表、结束指令表包含运行推进预备时、推进时、终止时的操作指令；节点驱动器根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：于劲松，韩颂，唐荻音，刘浩，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11