一種基于Modelica模型的故障注入系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)故障仿真領(lǐng)域，具體涉及一種針對(duì)復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的的基 于Modelica模型的故障注入系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，其各個(gè)分系統(tǒng)縱橫 交錯(cuò)相互耦合。例如在航天、航空、汽車、船舶等系統(tǒng)中，某個(gè)零件的失效可能會(huì)引起巨大的 損失，提高可靠性是各個(gè)復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的重要問(wèn)題，故障仿真是一種提高可靠性設(shè)計(jì)的重 要方法。
[0003] 在復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的系統(tǒng)仿真過(guò)程中，由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，一個(gè)系統(tǒng)可能包含 若成千上萬(wàn)個(gè)元器件，而且涉及機(jī)、電、液、控等多領(lǐng)域的系統(tǒng)知識(shí)，使得模型也自身非常復(fù) 雜。而復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的故障也是多種多樣的，每個(gè)元器件可能就對(duì)應(yīng)許多個(gè)故障模式，整個(gè) 系統(tǒng)也可能包含成千上萬(wàn)個(gè)故障模式。
[0004] 如果要在復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)中去仿真不同的故障模式，傳統(tǒng)的做法是需要不斷的修 改系統(tǒng)模型，形成多套的故障模型。這樣就為模型的維護(hù)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)，難以保持模型 一致性，難以修改和擴(kuò)展模型行為，而且效率十分低下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明旨在提供一種基于Modelica模型的故 障注入系統(tǒng)及其方法，可以根據(jù)不同的故障模式，動(dòng)態(tài)地將需要仿真的故障注入到模型中， 動(dòng)態(tài)生成故障模型，從而保持系統(tǒng)模型的一致性、重用性和易維護(hù)性。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 一種基于Modelica模型的故障注入系統(tǒng)，包括基于Modelica的系統(tǒng)模型庫(kù)、模型管理 模塊、故障模式庫(kù)、故障模式管理模塊、故障參數(shù)編輯模塊以及故障注入模塊； 所述系統(tǒng)模型庫(kù)分別連接所述模型管理模塊和所述故障模式庫(kù)，所述故障模式庫(kù)連接 所述故障模式管理模塊，所述故障模式管理模塊連接所述故障參數(shù)編輯模塊，所述故障參 數(shù)編輯模塊連接所述故障注入模塊，所述故障注入模塊和所述模型管理模塊分別與內(nèi)存連 接； 所述系統(tǒng)模型庫(kù)用以存儲(chǔ)和編輯系統(tǒng)模型，其具備如下兩個(gè)功能： a、 所述系統(tǒng)模型基于多領(lǐng)域統(tǒng)一建模語(yǔ)言Modelica建立，支持機(jī)電液控多領(lǐng)域的系 統(tǒng)仿真；所述系統(tǒng)模型依據(jù)對(duì)象的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拆分為分系統(tǒng)、組件或元器件，每個(gè)所述組 件或所述元器件包含有能描述該組件或元器件行為的參數(shù)、變量和數(shù)學(xué)方程； b、 編輯模型功能，主要用于編輯所述系統(tǒng)模型庫(kù)中的所述系統(tǒng)模型，為所述系統(tǒng)模型 增加 annotation注解信息； 所述模型管理模塊用于管理所述系統(tǒng)模型，其具備如下兩個(gè)功能： a、將所述系統(tǒng)模型加載到內(nèi)存中，通過(guò)解析所述系統(tǒng)模型，生成系統(tǒng)模型對(duì)象(也稱內(nèi) 存模型）； b、編譯和掃描內(nèi)存中的所述系統(tǒng)模型對(duì)象； 所述故障模式庫(kù)用以存儲(chǔ)故障模式，每條所述故障模式記錄包含以下兩類信息： a、 標(biāo)準(zhǔn)的故障模式信息，包括故障模式名、故障原因、故障后果、故障影響性分析、故障 嚴(yán)酷度和故障發(fā)生概率； b、 與描述故障模式和系統(tǒng)模型映射關(guān)系的信息，包括故障參數(shù)名和故障模式觸發(fā)條 件； 所述故障模式管理模塊用于對(duì)所述故障模式庫(kù)進(jìn)行管理和維護(hù)，包括故障模式的構(gòu) 建、瀏覽、編輯和查找； 所述故障參數(shù)編輯模塊用于編輯故障參數(shù)的取值和注入條件；例如針對(duì)某閥門的故障 參數(shù)-開(kāi)度，可以設(shè)定閥門開(kāi)度的取值，也可以通過(guò)參數(shù)編輯模塊設(shè)定注入條件，如仿真到 多少時(shí)間時(shí)注入； 所述故障注入模塊用于負(fù)責(zé)將故障模式中的故障參數(shù)值寫入到內(nèi)存當(dāng)中的系統(tǒng)模型 對(duì)象中，其功能為提取故障模式的故障參數(shù)，并且找到所述系統(tǒng)模型中對(duì)應(yīng)的故障參數(shù)，將 故障參數(shù)的值寫入到內(nèi)存當(dāng)中的所述系統(tǒng)模型對(duì)象中，完成故障注入，生成故障模型。
[0007] -種基于Modelica模型的故障注入方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟〇)建立基于統(tǒng)一建模語(yǔ)言Modelica的系統(tǒng)模型，并存儲(chǔ)在系統(tǒng)模型庫(kù)中； 步驟1)通過(guò)所述系統(tǒng)模型庫(kù)中的編輯功能，為所述系統(tǒng)模型中的參數(shù)添加 annotation注解，標(biāo)注為故障參數(shù)； 步驟2)通過(guò)模型管理模塊將所述系統(tǒng)模型加載到內(nèi)存中，通過(guò)解析所述系統(tǒng)模型，生 成所述系統(tǒng)模型的系統(tǒng)模型對(duì)象； 步驟3)在加載所述系統(tǒng)模型的過(guò)程中，通過(guò)所述模型管理模塊掃描所述系統(tǒng)模型信 息，提取所述系統(tǒng)模型中標(biāo)記有特殊annotation注解的參數(shù)； 步驟4)新建或編輯故障模式，填寫故障模式的基本信息，并將故障模式存儲(chǔ)在故障模 式庫(kù)中； 步驟5)故障模式管理模塊在新建的故障模式中選擇一個(gè)步驟3中產(chǎn)生的且關(guān)聯(lián)的故 障參數(shù)，則完成了一條故障模式； 步驟6)注入前，故障參數(shù)編輯模塊選取建立好的故障模式，修改其故障參數(shù)的取值和 注入條件； 步驟7)故障注入模塊根據(jù)故障模式中故障參數(shù)的全名，查找到內(nèi)存當(dāng)中所述系統(tǒng)模型 對(duì)象中的對(duì)應(yīng)的參數(shù)位置； 步驟8)修改內(nèi)存當(dāng)中所述系統(tǒng)模型對(duì)象中參數(shù)的值和取值條件，完成故障注入，生成 故障模型。
[0008] 進(jìn)一步的，步驟4中，所述的基本信息包括故障模式名、故障原因、故障影響、故障 嚴(yán)酷度和故障發(fā)生概率。
[0009] 進(jìn)一步的，步驟6中，所述的注入條件為指定的時(shí)刻或指定的運(yùn)行狀態(tài)。
[0010] 本發(fā)明的有益效果是： 本發(fā)明通過(guò)Modelica中的可擴(kuò)展語(yǔ)義annotation，將正常工況的模型參數(shù)標(biāo)記為故 障參數(shù)，然后將故障參數(shù)保存在故障模式中，從而建立故障模式與系統(tǒng)模型間的映射關(guān)系， 這種映射關(guān)系不影響正常模型的行為；再通過(guò)注入不同的故障模式到內(nèi)存的系統(tǒng)模型對(duì)象 中來(lái)產(chǎn)生不同的故障模型，從而模擬不同的故障情況。本發(fā)明的這種故障注入的方式很好 的解決了模型的一致性、可重用性和可維護(hù)性的問(wèn)題，大大的降低了故障仿真的復(fù)雜性。
[0011] 上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā) 明的【具體實(shí)施方式】由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā) 明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中： 圖1為本發(fā)明的故障注入系統(tǒng)的功能組成示意圖； 圖2為本發(fā)明的故障注入方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
[0014] 參見(jiàn)圖1所示，一種基于Modelica模型的故障注入系統(tǒng)，包括基于Modelica的系 統(tǒng)模型庫(kù)1、模型管理模塊2、故障模式庫(kù)3、故障模式管理模塊4、故障參數(shù)編輯模塊5以及 故障注入模塊6 ; 所述系統(tǒng)模型庫(kù)1分別連接所述模型管理模塊2和所述故障模式庫(kù)3,所述故障模式庫(kù) 3連接所述故障模式管理模塊4,所述故障模式管理模塊4連接所述故障參數(shù)編輯模塊5,所 述故障參數(shù)編輯模塊5連接所述故障注入模塊6,所述故障注入模塊6和所述模型管理模塊 2分別與內(nèi)存連接； 所述系統(tǒng)模型庫(kù)1用以存儲(chǔ)和編輯系統(tǒng)模型，其具備如下兩個(gè)功能： a、 存儲(chǔ)系統(tǒng)模型，所述系統(tǒng)模型基于統(tǒng)一建模語(yǔ)言Modelica建立，支持機(jī)電液控領(lǐng)域 的系統(tǒng)仿真；所述系統(tǒng)模型依據(jù)對(duì)象的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拆分為分系統(tǒng)、組件或元器件，每個(gè)所 述組件或所述元器件包含有能描述該組件或元器件行為的參數(shù)、變量和數(shù)學(xué)方程； b、 編輯模型功能，主要用于編輯所述系統(tǒng)模型庫(kù)1中的模型，為模型增加 annotation 注解信息； 所述模型管理模塊2用于管理所述系統(tǒng)模型，其具備如下兩個(gè)功能： a、 將所述系統(tǒng)模型加載到內(nèi)存中，通過(guò)解析所述系統(tǒng)模型，生成系統(tǒng)模型對(duì)象7 ; b、 編譯和掃描內(nèi)存中的所述系統(tǒng)模型對(duì)象7 ; 所述故障模式庫(kù)3用以存儲(chǔ)故障模式，每條所述故障模式記錄包含以下兩類信息： a、 標(biāo)準(zhǔn)的故障模式信息，包括故障模式名、故障原因、故障后果、故障影響性分析、故障 嚴(yán)酷度和故障發(fā)生概率； b、 與描述故障模式和系統(tǒng)模型映射關(guān)系的信息，包括故障參數(shù)名和故障模式觸發(fā)條 件； 所述故障模式管理模塊4用于對(duì)所述故障模式庫(kù)進(jìn)行管理和維護(hù)，包括故障模式的構(gòu) 建、瀏覽、編輯和查找； 所述故障參數(shù)編輯模塊5用于編輯故障參數(shù)的取值和注入條件； 所述故障注入模塊6用于負(fù)責(zé)將故障模式中的故障參數(shù)值寫入到內(nèi)存當(dāng)中的系統(tǒng)模 型對(duì)象7中，其功能為提取故障模式的故障