芻議火控系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)

李偉領(lǐng)

摘 要：隨著現(xiàn)代化控制理論和智能控制技術(shù)的發(fā)展，火控系統(tǒng)從最初的簡(jiǎn)易火控系統(tǒng)逐漸發(fā)展為目標(biāo)自動(dòng)跟蹤綜合性火控系統(tǒng)，屬于綜合性軟件密集型系統(tǒng)。傳統(tǒng)火控系統(tǒng)故障檢測(cè)主要是依據(jù)故障特征信息進(jìn)行分析，而如今火控系統(tǒng)更加智能和復(fù)雜，因此需要加強(qiáng)對(duì)全新故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)的研究。本文主要分析了火控系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)的原理和應(yīng)用現(xiàn)狀，闡述了故障預(yù)測(cè)與健康管理中的關(guān)鍵技術(shù)，并針對(duì)故障預(yù)測(cè)與健康管理體系的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究和探討。

關(guān)鍵詞：火控系統(tǒng)；故障預(yù)測(cè)與健康管理；體系結(jié)構(gòu)

隨著信息化時(shí)代的來臨，各個(gè)領(lǐng)域加大了對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、智能控制技術(shù)等應(yīng)用。其中PHM技術(shù)作為全新的故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)，具有實(shí)時(shí)化、智能化和綜合化的特征，并在國(guó)防領(lǐng)域、航天領(lǐng)域及民用領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用[1]?；鹂叵到y(tǒng)具有高科技性和復(fù)雜性，如果其存在問題，將會(huì)對(duì)裝備作戰(zhàn)的效能產(chǎn)生影響，甚至出現(xiàn)安全問題，因此必須加強(qiáng)對(duì)火控系統(tǒng)的故障預(yù)測(cè)與健康管理。

1 故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)的原理及應(yīng)用現(xiàn)狀

PHM技術(shù)是給予Codition Based Maintenance而逐漸發(fā)展起來的故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)，主要實(shí)現(xiàn)降低對(duì)傳感器采集數(shù)據(jù)信息的利用率，通過不同推理算法實(shí)現(xiàn)火控系統(tǒng)健康狀況的評(píng)估[2]。PHM技術(shù)包含故障預(yù)測(cè)和健康管理兩部分，其中故障預(yù)測(cè)主要是依據(jù)系統(tǒng)過往狀態(tài)和實(shí)時(shí)狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)完成功能的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)診斷。健康管理主要是依據(jù)預(yù)測(cè)信息、維修資源、使用要求等進(jìn)行診斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝備維修計(jì)劃和維修方法的決策。

在航空領(lǐng)域中，美國(guó)波音公司通過應(yīng)用飛機(jī)狀態(tài)管理系統(tǒng)，有效提高了飛行的安全性和運(yùn)營(yíng)效率，并提高了該公司的經(jīng)濟(jì)效益。健康與使用監(jiān)控系統(tǒng)在戰(zhàn)斗機(jī)、運(yùn)輸機(jī)等軍事領(lǐng)域設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用，有效提高任務(wù)了完備率。航天領(lǐng)域?qū)HM技術(shù)的應(yīng)用主要為航天器綜合健康管理系統(tǒng)、飛機(jī)狀態(tài)分析與管理系統(tǒng)等。我國(guó)關(guān)于PHM技術(shù)的研究主要體現(xiàn)在PHM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)等方面，如基于PHM技術(shù)的雷達(dá)裝備維修保障系統(tǒng)。將PHM技術(shù)應(yīng)用在火控系統(tǒng)中具有良好的前景。

2 火控系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)與健康管理的關(guān)鍵技術(shù)

本文主要針對(duì)火炮火控系統(tǒng)的故障預(yù)測(cè)與健康管理各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析。

2.1 PHM傳感技術(shù)

火控系統(tǒng)的彈道參數(shù)修正量傳感器，能夠提供實(shí)時(shí)的彈道參數(shù)當(dāng)前值或偏差值，如果出現(xiàn)出現(xiàn)偏差，則計(jì)算機(jī)可以及時(shí)計(jì)算出修正量進(jìn)行補(bǔ)償，提高火炮設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性[3]。而PHM技術(shù)應(yīng)用在火控系統(tǒng)中，需要傳感器能夠聯(lián)網(wǎng)，且需要提高對(duì)惡劣壞境的抵抗能力，尤其是對(duì)電磁干擾的抵抗能力。通過提高傳感器器件精度、穩(wěn)定性和減小傳感器尺寸等，滿足PHM技術(shù)的要求，且引進(jìn)新興微機(jī)電系統(tǒng)能夠進(jìn)一步促進(jìn)傳感器向小型化方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)降低功耗和無線通信成本的目的。

2.2 PHM嵌入式測(cè)試診斷技術(shù)

火控系統(tǒng)作為綜合性軟件密集型系統(tǒng)，如果嵌入式軟件存在性能問題，則會(huì)直接影響火控系統(tǒng)的性能。通過對(duì)火控系統(tǒng)的鑒定可以了解到，當(dāng)前針對(duì)嵌入式軟件性能的測(cè)試還不足，難以滿足要求。嵌入式系統(tǒng)主要是以應(yīng)用系統(tǒng)作為核心，實(shí)現(xiàn)提高系統(tǒng)速度、安全性等要求，即其可以進(jìn)行軟硬件的裁減。PHM嵌入式診斷技術(shù)主要是針對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)、微處理器、硬件設(shè)備和應(yīng)用程度等進(jìn)行檢測(cè)，還具有控制管理和測(cè)試的能力。

2.3 PHM數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

火控系統(tǒng)具有復(fù)雜性和智能性等特征，因此其所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)具有海量性，包含故障參數(shù)、特征闡述等數(shù)據(jù)。針對(duì)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)均需要傳輸?shù)狡渌糠?，因此必須確保數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)性能的優(yōu)良。目前數(shù)據(jù)傳輸主要包含有線傳輸技術(shù)和無線傳輸計(jì)劃，其中有線傳輸技術(shù)主要是利用有線數(shù)據(jù)線和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，即針對(duì)傳感器采集的數(shù)據(jù)通過特定的有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街醒爰?jí)監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)中。無線傳輸主要是利用無線調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊[4]。

2.4 PHM故障預(yù)測(cè)技術(shù)

PHM故障預(yù)測(cè)技術(shù)分為三種類型，即基于模型、知識(shí)和數(shù)據(jù)的故障預(yù)測(cè)技術(shù)。基于模型的故障預(yù)測(cè)技術(shù)需要明確對(duì)象系統(tǒng)精確的數(shù)學(xué)模型，且需要通過修正對(duì)象系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型提高預(yù)測(cè)精度和實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)的要求，具有一定的局限性?；谥R(shí)的故障預(yù)測(cè)技術(shù)對(duì)系統(tǒng)模型的要求不高，但需要大量的專家知識(shí)作為基礎(chǔ)，聯(lián)合模糊邏輯進(jìn)行故障的預(yù)測(cè)。但在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)專家知識(shí)局限性問題和專家知識(shí)表述難度較高等，繼而出現(xiàn)預(yù)測(cè)技術(shù)的實(shí)效。基于數(shù)據(jù)的故障預(yù)測(cè)技術(shù)主要是挖掘數(shù)據(jù)中隱含的信息，但可能會(huì)出現(xiàn)采集數(shù)據(jù)不確定和不完整的情況。

3 火控系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)與健康管理體系的結(jié)構(gòu)

火控系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)主要分為四個(gè)模塊，故障診斷模塊、故障預(yù)測(cè)模塊、數(shù)據(jù)解析模塊和輔助功能模塊。故障診斷模塊又包含故障診斷、故障維修措施和歷史故障查詢；故障預(yù)測(cè)模塊包含實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、故障預(yù)測(cè)、故障報(bào)警和歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)查詢；數(shù)據(jù)解析包含數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)解析和數(shù)據(jù)導(dǎo)出；輔助功能包含知識(shí)庫(kù)維護(hù)和數(shù)據(jù)導(dǎo)入[5]。故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)具有獨(dú)立性、多功能性、通用性等特征，能夠提供是的那個(gè)的故障維修措施。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著火控系統(tǒng)的發(fā)展，在火控系統(tǒng)中應(yīng)用PHM技術(shù)具有必要性。目前火控系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)和健康管理還處在初級(jí)階段，為了推進(jìn)PHM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，需要將眾多PHM關(guān)鍵技術(shù)相互融合，基于故障智能預(yù)測(cè)方法，提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率，并對(duì)火控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全新的健康管理，建立通用的健康管理系統(tǒng)平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)

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