[发明专利]基于Modelica模型的运行时故障注入系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于Modelica模型的运行时故障注入系统及方法，该系统由基于Modelica的系统模型库、模型管理模块、故障模式库、故障模式管理模块、故障参数编辑模块、仿真求解模块以及故障注入模块组成。本发明的方法通过Modelica中的可扩展语义annotation，将正常工况的系统模型参数标记为故障参数，然后将故障参数保存在故障模式中，从而建立故障模式与模型间的映射关系，最后在仿真运行时注入故障模式并恢复仿真。本发明很好的解决了模型的一致性、可重用性和可维护性，大大的降低了故障仿真的复杂性；而且本发明的这种方式针对仿真耗时长的大型系统、模拟运行中系统都有显著优势。

技术领域

本发明属于复杂机电系统故障仿真领域，具体涉及一种基于Modelica模型的运行时故障注入系统及方法，用于对复杂机电系统故障仿真。

背景技术

随着科学技术的不断发展，复杂机电产品的结构越来越复杂，各分系统纵横交错相互耦合。例如在航天、航空、汽车、船舶等系统中，系统耦合度很高，某个零件的失效可能会引起巨大的损失，因此，对这样的复杂机电系统提出了高可靠性、高容错性和高安全性的要求。提高可靠性是各个复杂机电系统的重要问题，故障仿真是一种提高可靠性设计的重要方法。

在复杂机电系统的系统仿真过程中，由于系统结构极其复杂，一个系统可能包含若成千上万个元器件，而且涉及机、电、液、控等多领域的系统知识，使得模型也自身非常复杂。而复杂机电系统的故障也是多种多样的，每个元器件可能就对应许多个故障模式，整个系统也可能包含成千上万个故障模式。针对每个故障模式进行故障仿真，采集故障数据，成为一项耗时长，出错率高、工作量大的任务。

如果要在复杂的机电系统中去仿真不同的故障模式，传统的做法是，为了仿真不同的故障模式需要不断的修改系统模型，形成多套的故障模型。这样就为模型的维护带来了巨大的挑战，难以保持模型一致性，难以修改和扩展模型行为，而且效率十分低下。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种基于Modelica模型的运行时故障注入系统及方法，专门针对复杂机电系统，该方法可以根据不同的故障模式，动态地将需要仿真的故障在系统仿真已经开始之后，注入到模型中。本发明的方法不仅能够保持系统模型的一致性、重用性和易维护性，而且针对仿真耗时长的大型系统、模拟运行中系统均具有显著优势。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于Modelica模型的运行时故障注入系统，主要由基于Modelica的系统模型库、模型管理模块、故障模式库、故障模式管理模块、故障参数编辑模块、仿真求解模块以及故障注入模块组成。

所述系统模型库用于存储系统模型，所述系统模型基于多领域统一建模语言Modelica建立，支持机电液控多领域的系统仿真；所述系统模型依据对象的物理拓扑结构可拆分为分系统、组件和元器件的层次化结构，每个所述组件或所述元器件中均包含有能够描述该组件或元器件行为的参数、变量和数学方程。

所述模型管理模块用于管理所述系统模型，其功能主要包括加载所述系统模型文件到内存中以及编译和扫描内存中的所述系统模型。

所述故障模式管理模块包含在所述故障模式库中，用于新建或编辑故障模式，所述故障模式库则用于存储故障模式；每条所述故障模式的记录中均包含有标准的故障模式信息和与描述故障模式与模型映射关系的信息；所述标准的故障模式信息包括故障模式名、故障原因、故障后果、故障影响性分析、故障严酷度和故障发生概率；所述与描述故障模式与模型映射关系的信息主要包括故障参数名和故障模式触发条件。

所述故障参数编辑模块用于编辑故障参数的取值和注入条件。例如针对某阀门的故障参数-开度，可以设定阀门开度的取值。