[发明专利]基于实时模型的结构异常检测的方法

说明书

技术领域

一般而言，本公开的实施方式涉及结构异常检测。更具体地，本公开的实施方式涉及实时结构异常检测。

背景技术

运载工具或航空器结构在其整个使用寿命期间通常遭受各种外力：可预料的运转力(operational force)和不可预料的力二者。这种结构的运转健康可被对运转力和不可预料的力的异常结构响应不利地影响。运转力比如空气动力学载荷的改变和不可预料的力比如阵风可导致非最优的结构状况。

发明内容

公开了基于实时模型的运载工具结构异常检测的系统和方法。在运载工具运转期间接收对应于运载工具结构上位置的实时测量值，并比较该实时测量值与该位置期望的运转数据，以提供模拟误差信号。计算模拟误差信号的统计显著性以提供误差显著性，和测定误差显著性的持久性(persistence)。如果该持久性超过持久性阈值，则指示结构异常。

以这种方式，比较运载工具的结构行为的标称模型(nominal model)与感测响应。模拟误差的统计分析提供异常结构行为的指示；指示运载工具结构的结构异常。可启动控制机构以响应指示的结构异常抵偿结构异常。从而，延长了运载工具的结构寿命并延长了维修事件之间的时间。

在一种实施方式中，基于实时模型的运载工具结构异常检测的方法在运载工具运转期间接收对应于运载工具结构上位置的实时测量值。方法进一步比较该实时测量值与该位置期望的运转数据，以提供模拟误差信号，并计算模拟误差信号的统计显著性，以提供误差显著性。方法进一步测定误差显著性的持久性，并且如果该持久性超过持久性阈值，则指示结构异常。

在另一种实施方式中，基于实时模型的结构异常检测系统包含结构异常检测模块和异常缓解模块(anomaly mitigation module)。结构异常检测模块可操作以在运载工具运转期间接收对应于运载工具结构上位置的实时测量值，和比较该实时测量值与该位置期望的运转数据，以提供模拟误差信号。结构异常检测模块进一步可操作以计算模拟误差信号的统计显著性，以提供误差显著性，并测定误差显著性的持久性。结构异常检测模块进一步可操作以如果该持久性超过持久性阈值，则指示结构异常。异常缓解模块可操作以如果指示结构异常，则启动控制机构以抵偿结构异常。

在仍另一种实施方式中，减轻结构异常的方法获得结构的模拟误差信号，并通过计算假报警的概率(Probability of False Alarm，Pfa)评估模拟误差信号显著偏离零的概率，以提供误差显著性。当误差显著性落在Pfa阈值之下时，方法进一步将单位信号输入至一阶滤波器，并当一阶滤波器的输出值充分接近1时，指示结构异常状况。

根据本公开的一个方面，提供基于实时模型的运载工具结构异常检测的方法，其包括：在运载工具运转期间接收对应于运载工具结构上位置的实时测量值；比较该实时测量值与该位置期望的运转数据，以提供模拟误差信号；计算模拟误差信号的统计显著性，以提供误差显著性；测定误差显著性的持久性；和如果该持久性超过持久性阈值，则指示结构异常。

有利地，计算模拟误差信号的统计显著性的步骤进一步包括：递归地估计模拟误差信号的估计平均数和估计方差，以确定模拟误差信号是否保证(warrant)指示结构异常；和基于估计平均数和估计方差通过计算模拟误差信号的假报警的概率(Pfa)评估模拟误差信号显著偏离零的概率，以提供误差显著性。

有利地，测定误差显著性的持久性的步骤进一步包括：当误差显著性落在Pfa阈值之下时，将单位信号输入至一阶滤波器；比较一阶滤波器的输出值与接近1的值；和当一阶滤波器的输出值充分接近1时——其中持久性高，指示结构异常状况。

优选地，Pfa阈值和一阶滤波器的滤波时间常数是取决于模拟误差信号的质量和假阳性指示的容限(tolerance)的可调参数。

有利地，方法进一步包括如果指示结构异常，则启动控制机构以抵偿结构异常。

优选地，启动控制机构的步骤包括选自下列的至少一种：控制面启动、升力面启动、流控制启动、形状记忆合金的启动、经活性结构材料的启动和推进功率改变。

有利地，方法进一步包括在运载工具结构上安装多个测量传感器，其可操作以测量实时测量值。

有利地，方法进一步包括：在运载工具的健康运转期间读取传感器信号；和基于传感器信号用公式表示运载工具健康运转的期望的签字信号响应(signature signal response)，以提供期望的运转数据。

有利地，方法进一步包括周期性地收集在运载工具的进一步运转期间的代表性传感器信号，以获得实时测量值。