一种故障诊断与健康管理系统、方法技术方案

本发明专利技术实施例提供了一种故障诊断与健康管理系统、方法，该系统包括数据采集模块、数据仿真模块、数据处理模块和健康度评价模块，数据采集模块用于获取柴油机的各个子系统不同运行工况下的运行数据；数据仿真模块用于建立柴油机仿真模型，根据柴油机当前时刻的实时运行数据对柴油机仿真模型进行标定，以利用标定后的已标定柴油机仿真模型仿真生成多种工况下的健康仿真数据，通过注入故障模型仿真生成多种工况下的故障仿真数据；数据处理模块用于根据实时运行数据和多种工况下的健康仿真数据、故障仿真数据，开发数据处理算法并得到工况识别结果和异常结果信息；健康度评价模块用于评估柴油机的整体健康度，以得到健康度评估结果。结果。结果。

【技术实现步骤摘要】
一种故障诊断与健康管理系统、方法


[0001]本专利技术涉及故障检测
，具体而言，涉及一种故障诊断与健康管理系统、方法。

技术介绍

[0002]柴油机是燃烧柴油来获取能量释放的发动机，由于其功率大、经济性能好，应用于很多动力系统中，柴油机作为动力系统的核心部件，其运行效率、可靠性及安全性能对整个动力系统起着至关重要的作用，因此，需在设备运行中或设备基本不拆卸的情况下，实时监控柴油机的运行状态，分析柴油机中异常的部位及原因，并预测柴油机状态的未来发展趋势。但柴油机是典型的涉及多学科、多系统的复杂工程机械，其在运行过程中的故障发生具有不确定性，故障难以进行复现，且故障试验成本较高，此外，各子系统的数据特征信号存在重叠，相互影响，难以分离，更加大了柴油机运行过程中健康数据和故障数据获取的难度。
[0003]在现有技术中，柴油机主要的故障诊断手段主要包含振动检测、温度检测、转速检测、油液检测等，在一定程度上实现了对柴油机运行状态的监测与子系统故障的诊断，但现有的故障诊断方法只能完成基于柴油机健康状态下参数的监测、展示以及子系统的故障诊断，缺乏对柴油机故障数据的认识，同时，不能从全局对柴油机整体的运行状态以及综合健康度进行评价，忽视了不同子系统故障间的相互影响，缺乏对柴油机整体状态的视角。此外，现有的故障诊断方法脱离柴油机实际工况或者仅考虑某些特定工况下的故障表现，无法实现对柴油机全运行工况下的异常状态监测以及故障诊断。

技术实现思路

[0004]本说明书提供一种故障诊断与健康管理系统、方法，用以克服现有技术中存在的至少一个技术问题。
[0005]第一方面，根据本说明书实施例，提供了一种故障诊断与健康管理系统，所述系统包括：
[0006]数据采集模块，用于通过柴油机的ECU和传感器采集柴油机数据，以得到所述柴油机的各个子系统不同运行工况下的运行数据，其中，所述柴油机数据包括柴油机基本信息和柴油机运行参数信息；
[0007]数据仿真模块，用于建立柴油机仿真模型，并根据柴油机当前时刻的实时运行数据对所述柴油机仿真模型进行标定，以利用标定后的已标定柴油机仿真模型仿真生成多种工况下的健康仿真数据，同时通过注入故障模型，仿真生成多种工况下的故障仿真数据；
[0008]数据处理模块，用于获取所述柴油机当前时刻的所述实时运行数据以及多种工况下的所述健康仿真数据、故障仿真数据，并根据所述实时运行数据和多种工况下的所述健康仿真数据、故障仿真数据，开发数据处理算法并得到工况识别结果和异常结果信息，其中，所述异常结果信息包括工况异常检测结果和故障诊断结果；
[0009]健康度评价模块，用于根据所述数据处理模块得到的所述异常结果信息评估所述柴油机的整体健康度，以得到健康度评估结果。
[0010]可选地，所述数据处理算法包括工况识别算法、工况异常检测算法和子系统故障诊断算法，
[0011]所述数据处理模块根据所述实时运行数据和多种工况下的所述健康仿真数据、故障仿真数据，开发数据处理算法并得到工况识别结果和异常结果信息，具体用于：
[0012]根据所述实时运行数据以及多种工况下的所述健康仿真数据、故障仿真数据，开发所述柴油机的工况识别算法、工况异常检测算法和子系统故障诊断算法；
[0013]基于所述工况识别算法，识别所述柴油机当前状态的所属工况，得到所述柴油机的工况识别结果；
[0014]基于所述柴油机当前状态的所属工况对应的工况异常检测算法，识别所述柴油机当前时刻的所述实时运行数据是否存在异常以及存在异常时的异常程度，得到所述柴油机的工况异常检测结果；
[0015]基于所述柴油机当前状态的所属工况对应的子系统故障诊断算法，诊断所述柴油机的各个子系统的故障状态，得到所述柴油机的故障诊断结果。
[0016]进一步可选地，所述工况识别结果包括怠速、小负荷、中负荷、大负荷、减速、加速，
[0017]所述基于所述工况识别算法，识别所述柴油机当前状态的所属工况，得到所述柴油机的工况识别结果具体包括：
[0018]判断所述柴油机当前时刻的所述实时运行数据在柴油机特性曲线上的相应区间，根据所述实时运行数据在所述柴油机特性曲线上的相应区间，得到所述柴油机当前状态的工况识别结果。
[0019]进一步可选地，所述基于所述柴油机当前状态的所属工况对应的工况异常检测算法，识别所述柴油机当前时刻的所述实时运行数据是否存在异常以及存在异常时的异常程度，得到所述柴油机的工况异常检测结果，具体包括：
[0020]获取所述柴油机当前时刻的所述实时运行数据和所述柴油机当前状态的所属工况下的标准运行参数取值区间，将所述实时运行数据与所述标准运行参数取值区间进行对比，得到参数整体偏移程度，并将所述参数整体偏移程度作为所述工况异常检测结果。
[0021]可选地，所述柴油机基本信息包括柴油机型号、柴油机唯一编号，所述系统还包括：
[0022]数据存储模块，用于存储所述柴油机运行参数信息、所述工况识别结果、所述异常结果信息和所述健康度评估结果，并按柴油机编号区分不同柴油机的所述柴油机运行参数信息。
[0023]可选地，所述柴油机仿真模型包括进排气系统仿真模型、燃油系统仿真模型、冷却系统仿真模型、润滑系统仿真模型，所述故障模型的实现方式包括直接调参和故障机理等效模型。
[0024]可选地，所述健康度评价模块根据所述数据处理模块得到的所述异常结果信息评估所述柴油机的整体健康度，以得到健康度评估结果，具体用于：
[0025]根据所述数据处理模块得到的所述异常结果信息，得到所述柴油机的各个子系统的子系统健康度评分，其中，所述柴油机的子系统包括进排气系统、燃油系统、润滑系统、冷
却系统；
[0026]根据所述柴油机的各个子系统的子系统健康度评分，计算所述柴油机的整体健康度评分，以得到健康度评估结果。
[0027]进一步可选地，所述子系统健康度评分包括子系统运行参数评分和故障项点诊断结果评分，其中，所述进排气系统的子系统运行参数包括进气压力、进气温度、排气压力、排气温度，所述进排气系统的故障项点包括空滤器堵塞、增压器效率降低，
[0028]所述子系统健康度评分的计算公式为：
[0029][0030]其中，c
i
为柴油机第i个子系统的子系统健康度评分，P
i
为柴油机第i个子系统的参数评分，S
i
为柴油机第i个子系统的故障项点诊断结果评分，p
j
为柴油机第i个子系统的第j个子系统运行参数的偏离程度评分，a
j
为柴油机第i个子系统的第j个子系统运行参数在第i个子系统运行过程中所占权重，s
k
为柴油机第i个子系统的第k个故障项点的诊断结果评分，b
k
为柴油机第i个子系统的第k个故障项点在第i个子系统的子系统健康度中所占权重；
[0031]所述子系统健康度为时间连续型参数，则所述子系统当前时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种故障诊断与健康管理系统，其特征在于，所述系统包括：数据采集模块，用于通过柴油机的ECU和传感器采集柴油机数据，以得到所述柴油机的各个子系统不同运行工况下的运行数据，其中，所述柴油机数据包括柴油机基本信息和柴油机运行参数信息；数据仿真模块，用于建立柴油机仿真模型，并根据柴油机当前时刻的实时运行数据对所述柴油机仿真模型进行标定，以利用标定后的已标定柴油机仿真模型仿真生成多种工况下的健康仿真数据，同时通过注入故障模型，仿真生成多种工况下的故障仿真数据；数据处理模块，用于获取所述柴油机当前时刻的所述实时运行数据以及多种工况下的所述健康仿真数据、故障仿真数据，并根据所述实时运行数据和多种工况下的所述健康仿真数据、故障仿真数据，开发数据处理算法并得到工况识别结果和异常结果信息，其中，所述异常结果信息包括工况异常检测结果和故障诊断结果；健康度评价模块，用于根据所述数据处理模块得到的所述异常结果信息评估所述柴油机的整体健康度，以得到健康度评估结果。2.根据权利要求1所述的故障诊断与健康管理系统，其特征在于，所述数据处理算法包括工况识别算法、工况异常检测算法和子系统故障诊断算法，所述数据处理模块根据所述实时运行数据和多种工况下的所述健康仿真数据、故障仿真数据，开发数据处理算法并得到工况识别结果和异常结果信息，具体用于：根据所述实时运行数据以及多种工况下的所述健康仿真数据、故障仿真数据，开发所述柴油机的工况识别算法、工况异常检测算法和子系统故障诊断算法；基于所述工况识别算法，识别所述柴油机当前状态的所属工况，得到所述柴油机的工况识别结果；基于所述柴油机当前状态的所属工况对应的工况异常检测算法，识别所述柴油机当前时刻的所述实时运行数据是否存在异常以及存在异常时的异常程度，得到所述柴油机的工况异常检测结果；基于所述柴油机当前状态的所属工况对应的子系统故障诊断算法，诊断所述柴油机的各个子系统的故障状态，得到所述柴油机的故障诊断结果。3.根据权利要求2所述的故障诊断与健康管理系统，其特征在于，所述工况识别结果包括怠速、小负荷、中负荷、大负荷、减速、加速，所述基于所述工况识别算法，识别所述柴油机当前状态的所属工况，得到所述柴油机的工况识别结果具体包括：判断所述柴油机当前时刻的所述实时运行数据在柴油机特性曲线上的相应区间，根据所述实时运行数据在所述柴油机特性曲线上的相应区间，得到所述柴油机当前状态的工况识别结果。4.根据权利要求2所述的故障诊断与健康管理系统，其特征在于，所述基于所述柴油机当前状态的所属工况对应的工况异常检测算法，识别所述柴油机当前时刻的所述实时运行数据是否存在异常以及存在异常时的异常程度，得到所述柴油机的工况异常检测结果，具体包括：获取所述柴油机当前时刻的所述实时运行数据和所述柴油机当前状态的所属工况下的标准运行参数取值区间，将所述实时运行数据与所述标准运行参数取值区间进行对比，
得到参数整体偏移程度，并将所述参数整体偏移程度作为所述工况异常检测结果。5.根据权利要求1所述的故障诊断与健康管理系统，其特征在于，所述柴油机基本信息包括柴油机型号、柴油机唯一编号，所述系统还包括：数据存储模块，用于存储所述柴油机运行参数信息、所述工况识别结果、所述异常结果信息和所述健康度评估结果，并按柴油机编号区分不同柴油机的所述柴油机运行参数信息。6.根据权利要求1所述的故障诊断与健康管理系统，其特征在于，所述柴油机仿真模型包括进排气系统仿真模型、燃油系统仿真模型、冷却系统仿真模型、润滑系统仿真模型，所述故障模型的实现方式包括直接调参和故障机理等效模型。7.根据权利要求1所述的故障诊断与健康管理系统，其特征在于，所述健康度评价模块根据所述数据处理模块得到的所述异常结果信息评估所述柴油机的整体健康度，以得到健康度评估结果，具体用于：根据所述数据处理模块得到的所述异常结果信息，得到所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新桥，陈榕，林硕，李彤，
申请(专利权)人：上海仁童电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：