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2017-08-25 11:32:41

[导读] 为及时、精确地检测隔离内部阻碍,撑腰新一代飞机视情维修和自主式保证的实现,提高飞机的保证性和经济可承受性,必须在装备研制一开头就综合考虑整体诊断策略的设计,从设计的源头保证良好的测验性。因此,在设计初期,仿真分析作为设计辅助手段显得尤为重要。当前,基于仿真的诊断设计研究对实际诊断设计的指导多停留在理论阶段,缺乏工程应用的途径及案例,使得先进的诊断策略设计技术与工程实际脱节。因此,如何将仿真分析结果有效应用于工程实际,树立起二者之间的桥梁,是诊断设计中亟待解决的问题。笔者介绍了一种基于仿真的嵌入式诊断设计方

为及时、精确地检测隔离内部阻碍,撑腰新一代飞机视情维修和自主式保证的实现,提高飞机的保证性和经济可承受性,必须在装备研制一开头就综合考虑整体诊断策略的设计,从设计的源头保证良好的测验性。因此,在设计初期,仿真分析作为设计辅助手段显得尤为重要。当前,基于仿真的诊断设计研究对实际诊断设计的指导多停留在理论阶段,缺乏工程应用的途径及案例,使得先进的诊断策略设计技术与工程实际脱节。因此,如何将仿真分析结果有效应用于工程实际,树立起二者之间的桥梁,是诊断设计中亟待解决的问题。笔者介绍了一种基于仿真嵌入式诊断设计方法,并基于案例对该方法的有效性和有用性进行了验证。该方法为仿真分析得到的最优诊断策略在嵌入式诊断设计中的有效落实提供了思路和途径,实现了建模仿真分析工作对实际工程设计的有效指导,可用于指导产品实际诊断设计。

1 技术原理及流程

基于仿真嵌入式诊断设计方法基于诊断工具的阻碍传递联系、阻碍模式信息、测验点信息、功能框图等输入,以测验性模型和EDA功能仿真模型为基础。一方面,以测验性建模分析为手段,获得诊断逻辑/标准,明确各阻碍模式的检测隔离判据,将其作为诊断推理的依据,即得到阻碍一测验相关性矩阵;另一方面,以功能仿真分析和阻碍注入仿真分析为辅助,确定需猎取的信号以及信号采集处置方法,进一步获得一种全新的阻碍一信号一测验相关性矩阵,最终形成诊断工具的嵌入式诊断策略。依据获得的诊断策略,能够进行诊断算法、程序及电路等的设计,从而在实际应用时依据相关参数的监控结果,得到所需的诊断结果,实现机内诊断。具体的诊断设计方法实施流程如图1所示。

 

图1 基于仿真的诊断设计方法实施流程

2 案例分析

以某型号飞机航电系统中的语音处置单元的机内诊断(BIT)设计为例,详细介绍所述的基于仿真嵌入式诊断设计方法。其功能框图和组成结构如图2所示。

 

图2 诊断工具功能框图

收集诊断工具的设计资料、技术说明、电路原理图和功能框图等。依据相关资料,分析诊断工具的功能、特性。依据产品的可靠性分析结果、产品的信号流图,确定产品的阻碍模式信息及阻碍传递联系;同时,基于产品物理结构和测验处置能力,初步选定产品的可用测验点。如表1所示。

表1 阻碍模式分析表

 

2.1 树立阻碍一测验相关性矩阵

确定阻碍一测验相关性矩阵的进程即树立诊断逻辑/判据的进程。

(1)产品测验性模型建模。

依据产品的功能框图,结合阻碍模式信息、阻碍传递联系等,基于产品可用测验点,树立起产品的初步测验性模型。笔者选用TADS软件实现案例系统的模型树立,其模型为分层结构的信号流模型,如图3所示。

 

图3 案例系统的测验性模型

(2)基于树立的测验性模型,依据产品的诊断要求和设计约束条件,进行测验性分析。

①分析阻碍模式与测验点测验结果的联系,生成相关性矩阵。使用TADS软件,对树立的模型执行静态分析和测验性分析,得到模型的阻碍一测验相关性矩阵(D矩阵)。

②优化测验点结构和相关性矩阵,得到诊断逻辑/判据。产品的最优诊断策略以测验点的优选结果为基础。因此,应在满足测验性指标的基础上,识别冗余测验,进一步隔离模糊组,实现对相关性矩阵的优化。在筛选去除未选用测验后,即可得到该诊断工具的诊断逻辑/判据。如表2所示。

表2 优化后的阻碍一测验相关性矩阵

 

2.2 确定诊断用信号/参数集

为实现阻碍一测验相关性矩阵中测验的详细设计,通过EDA电路功能仿真及阻碍仿真,猎取诊断工具的正常状态及各阻碍状态下的信号表征,得到为实现诊断所需的信号/参数集,并对其进行肯定的优化,确定用于诊断的信号/参数集。

(1)树立产品EDA电路功能模型和EDA阻碍模型,仿真猎取状态信息。

笔者使用仿真分析软件Saber作为EDA建模分析工具,依据所述的建模手段及方法,依据案例电路功能原理,树立其电路功能模型,并进行仿真分析,可得到产品正常工作状态下的电路各信号/参数状态及特征,如图4所示。基于阻碍模型建模方法,为阻碍一测验相关性矩阵中的阻碍模式树立阻碍模型。在本案例的典范阻碍模式模型和仿真结果参见文献。将阻碍模型置于电路功能仿真情况中,进行阻碍注入仿真分析,得到产品各阻碍状态下的信号/参数特性。案例电路各阻碍模式的阻碍状态如表3中相应列所示。

(2)确定撑腰诊断所需采集的信号/参数。

依据诊断工具的阻碍状态、电路特性和诊断需求,确定诊断所需信号/参数集,其原则如下:

①合并可复用的信号/参数。应付阻碍表征在同一信号上的阻碍模式,其检测参数可复用,以增加电路的使用率,减小检测电路/算法的体积/范围。

②等效处置特征信号/参数。应付猎取存在困苦的信号/参数可通过仿真分析,选用易于实现的等效信号/参数进行检测,选择时可优先考虑已使用的检测信号/参数,以及对阻碍状态表征信号灵敏度较高的电路参数/信号。

 

图4 案例电路的电路功能仿真结果

2.3 信号处置策略设计

信号处置策略设计即是在确定的诊断用信号/参数集的基础上,确定其采集和分析处置方法,如对信号/参数所作的调整、变换和传输,包括放大、衰减、滤波、整流、统计分析、频谱分析和A/D变换等。本案例中,为实现在线诊断,可将各类信号转换成数字量信号由处置器统一进行采集处置。总结得到各阻碍模式的检测信号/参数及其检测手段,如表3中相应列所示。

表3 音频处置单元案例各阻碍模式的检测参数及处置方法

 

2.4 树立诊断工具的阻碍-信号-测验矩阵

结合阻碍一测验矩阵(诊断逻辑)和确定的各阻碍模式的检测参数及其检测处置方法,可形成诊断工具的阻碍-信号-测验矩阵。其依据各阻碍状态下需检测的信号/参数特性,将建模分析得到的诊断逻辑中的测验点测验结果以实际电路信号/参数特征量的形式表征,即得到诊断逻辑的实现策略。阻碍-信号-测验相关性矩阵示例如表4所示。

表4 阻碍-信号-测验相关性矩阵示例

 

2.5 机内诊断方案设计

依据确定的阻碍-信号-测验矩阵、需检测参数的检测手段及信号处置方法等,确定机内诊断设计方案。

①机内诊断推理代码/程序设计。将依据具象化的诊断策略(阻碍-信号-测验相关性矩阵),设计机内诊断推理代码,并结合产品功能原理,以最优的软硬件范围,设计实现诊断推理代码。代码能够以操纵程序的形式加载到处置器中;也能够以查询语句的形式存储在ROM中。

②实现信息处置设计。即以实际电路和算法实现对诊断所需信号/参数的采集和处置。

③得到诊断结果。以周期BIT为例,在线诊断时,以设计的采集处置电路周期性监测各相关信号,依据监测结果,依机内诊断推理代码输出诊断结果,实现机内诊断设计。

在案例电路中,可选用诊断设计电路包括如真有效值(RMS)测量电路、模数转换电路、处置器及其外围电路三全局部,如图5所示。图中,RMS测量电路,可采纳专用的真有效值测量集成电路芯片来实现;A/D转换电路,需转换信号为5路,配合处置器,使用满足要求的8位或12位A/D转换芯片即可;处置器则依据电路特性和诊断需求,使用一般单片机、DSP或FPGA等都可实现。

 

图5 诊断设计功能框图

依据选用的处置器,将2.1节所述的阻碍-信号-测验相关性矩阵设计为适合的诊断代码,载入处置器中;各类诊断用信号通过相应的处置,由处置器进行统一的采集分析;依据采集的信号状态和内置的诊断逻辑,可采纳门限比较法,得到案例电路的诊断结果。

3 结束语

将测验性建模分析和EDA仿真分析手段有效结合,论述了一种基于仿真的诊断设计方法。其以测验性建模分析得到的阻碍一测验相关性矩阵为基础,依据EDA功能及阻碍仿真分析,猎取诊断所需的检测信号/参数状态并确定信号处置方法,从而构建得到一种阻碍一信号一测验相关性矩阵,用以指导产品的嵌入式诊断设计。文中基于工程案例,对该嵌入式诊断设计方法进行了详细介绍,依据文中案例,通过适当添加软硬件电路,采集9个测验点上的信号,即可实现对案例诊断工具18种阻碍模式的有效检测和隔离。该方法为将测验性仿真分析得到的最优诊断策略应用于工程实际提供了思路和途径,为产品嵌入式诊断设计实现提供了有效指导。

[整理编辑:CK365测控网]
标签:  嵌入式[8]    仿真[26]
 
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