基于中间件的无人机PHM系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于中间件的无人机PHM系统，系统包括：机载系统、中间件和地面系统；中间件包括接口模块、数据采集模块、系统管理模块和数据库；接口模块、数据采集模块、数据库和系统管理模块相连；接口模块用于和无人机进行对接；数据采集模块与接口模块相连，用于采集无人机的运行数据，并输入到数据库；系统管理模块用于中间件中各个模块的管理；数据库用于将所述采集到的运行数据进行存储、整理、转换和规范，再传输到地面系统，或/和用于接受地面系统的更新参数。通过该PHM系统，避免了每次无人机都需要停到地面系统旁进行数据传输，提高了数据采集的效率，且系统结构简单，无人机维护时间短，管理效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无人机的PHM领域，具体涉及一种基于中间件的无人机PHM系统。
技术介绍
PHM(故障预测与健康管理，PrognosticsandHealthManagement)起源于航空行业，其通用的流程如图1所示。PHM在军机上采用的典型结构为：机载系统+接口+地面系统。机载系统携带简单的故障诊断及健康管理功能，其在移动过程中，实时采集机上需要监测的相关运行状态数据，并根据模型进行故障诊断。地面系统为完整的故障诊断及健康预测功能，其利用更多的信息和计算能力对机载系统采集的数据和故障判断进行确认和更进一步的分析；地面系统(机下系统)可以将更新后的模型、状态参数等回传给机载系统，为下次及以后的飞行提供更准确的模型和判定阈值。对确认的故障或预测到会发生的、危害较大的故障会安排维修计划及示警地面人员更换相关设备或进行相关维修，从而使得故障发生的概率大大减少，因此，可以极大的减少系统整体的维护成本。PHM在航空业及那些贵重资产行业应用意义重大，但也存在着整体系统太复杂、实验成本太昂贵等弊端。无人机(消费级)是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。因多种品牌的产品相对比较稳定，价格低廉，飞行能力强，被广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等，是近年来发展非常迅速的行业。无人机飞行完一次或多次任务之后，必须要飞回到地面系统旁边，通过接口，进行数据的传输，传输给地面系统以进行更进一步的分析。虽然无人机的体积较其他航空飞行器相比体积较小，但仍然存在体积偏大或场地限制等原因，紧靠接口很难方便地将数据传输给地面系统，而且每架无人机不可能每次都可以停到地面系统旁边传输，从而导致PHM系统使用不便，获取试验数据时间长，试验试飞效率低。因无人机没有机上驾驶员的存在，只能由地面上的飞手进行操控，导致无人机出现物理碰撞等问题的概率大大增加。现有的无人机PHM系统通常移植“机载系统+接口+地面系统”常规PHM系统的架构，但这种架构采集的数据只包含飞行过程中相关参数的运行状态数据，并不包含各种物理外在因素等导致的损坏或状态数据；而物理外在因素所导致的状态数据，是运行数据或历史数据得到的数学模型所无法表达的，因此不能完整、全面地对无人机进行故障预测与健康管理。现有的无人机多是个人爱好与个人维护，其PHM系统都是针对单机级的PHM系统，一个PHM系统针对一种类型的无人机，具有适用于该类型的无人机的机载系统、接口和地面系统，但其不能适用于其他类型的无人机。随着无人机的发展，无人机群的管理需求与日俱增；与单个无人机的维护系统不同，无人机群的管理系统面临各种各样的问题，尤其是无人机具有多种类型的问题，如：不同厂家、不同类型、不同架次、不同数据接口、不同类型电池、不同类型电机、不同的飞手使用等等。如何将多种类型的无人机通过一个PHM系统进行有效管理，尤其是将各种不同类型的无人机的数据进行传输，地面系统如何处理如此庞杂的数据等面临着巨大的挑战，如果管理不到位，无人机出问题的概率则会大大增加。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于中间件的无人机PHM系统，该无人机PHM系统用于无人机的系统维护，并避免了每次数据的传输需要无人机回到地面系统旁，提高了数据的传输效率。本专利技术提供了一种基于中间件的无人机PHM系统，该无人机PHM系统包括：机载系统、中间件和地面系统；所述中间件包括接口模块、数据采集模块、系统管理模块和数据库，所述接口模块、数据采集模块、数据库和系统管理模块相连；所述接口模块用于和无人机进行对接；所述数据采集模块与所述接口模块相连，用于采集无人机的运行数据，并将运行数据输入到数据库；所述系统管理模块用于所述中间件中各个模块的管理；所述数据库用于将所述采集到的运行数据进行存储、整理、转换和规范，以备输到地面系统，或/和接受地面系统的更新参数。优选地，所述数据采集模块包括适配器。通过接口，适配器将无人机的机载系统中采集的运行数据传输到中间件中，并导入至数据库中，由数据库进行存储、整理、转换和规范。优选地，所述中间件还包括健康评估模块，所述健康评估模块和数据库相连，用于对无人机的物理状态进行健康评估，并将结果输入数据库，数据库再对健康评估结果进行存储、整理、转换和规范，再传输到地面系统。进一步地优选，所述健康评估模块包括：状态描述单元、健康评估单元、评估准则单元和评估结果单元。更进一步地优选，所述状态描述单元由飞手和/或维护人员共同维护；所述健康评估单元包括评估器和分类器。更进一步地优选，所述健康评估模块的评估对象包括无人机的桨叶、电机、电池、炸机、发动机、发动机传动机构。优选的，所述数据库包括MySQL数据库。优选地，所述接口模块包括USB接口、无线接口、传感器接口、总线接口中的一种或几种。根据所需要连接的无人机的类型，添加相适应类型的接口。通过如上所述中间件的接口模块，还可以和不同类型的无人机群进行对接，再通过适配器读取不同类型的无人机群数据，同时健康评估模块用于对不同类型的无人机群进行物理状态的健康评估；数据库用于将所述采集到的不同类型的无人机群的运行数据和健康评估结果进行整理、转换和规范，再将数据和结果传输到地面系统，或/和用于接受地面系统的更新参数。该中间件为开放式的系统体系结构，具有“即插即用”的功能，即一方面可不断更新或加入新的模块，另一方面具有与其他系统进行信息交换和集成的能力。本专利技术的有益效果为：通过该中间件的接口模块和数据采集模块，可以将无人机机载系统上的运行数据进行采集，并传输给数据库进行存储；通过该中间件，再将数据传输给地面系统，避免了每次无人机都需要停到地面系统旁边进行数据传输，具有短时间、数据不积压的特点，提高了数据采集的效率，实现多场地管理。另外该中间件为轻量型中间件，具有简单，造价成本低的优点，通过基于该轻量型中间件的PHM系统，有助于降低管理成本，缩短无人机维护时间，提高管理效率。在进一步的优选方案中还能获得更多的优点：通过中间件中的健康评估模块，将物理状态进行输入并进行健康评估，再统一存储至数据库中，作为无人机数据的进一步补充，有利于完整、全面地对无人机进行故障预测与健康管理，提高无人机的故障预测与健康管理效率。通过不同的接口模块，可以对不同类型的无人机群进行对接，并通过适配器读取相应的数据，同时健康评估模块用于对不同类型的无人机群进行物理状态的健康评估，数据库将所述采集到的不同类型的无人机群的运行数据和健康评估结果进行存储、整理、转换和规范为统一的格式，有利于传输给地面系统进行统一计算和分析，避免对各种不同类型数据的处理而导致出现的问题，实现无人机多品种、多部件、多设备、多装配及多模型的故障预测与健康管理。该中间件也可以将地面系统更新好的参数传输给无人机或无人机群，为下次及以后的飞行提供更准确的模型和判定阈值。附图说明图1为本专利技术
技术介绍
中PHM的流程图。图2为本专利技术实施例1中中间件的结构示意图。图3为本专利技术实施例1中健康评估模块的工作流程图。图4为本专利技术实施例1中健康评估模块的工作过程示意图。图5为本专利技术实施例2中基于中间件的无人机PHM系统结构图。图6为本专利技术实施例2中机载系统工作简化示意图。图7为本专利技术实施例2中地面系统工作简化示意图。具体实施方式下面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于中间件的无人机PHM系统，其特征在于，该无人机PHM系统包括：机载系统、中间件和地面系统；所述中间件包括接口模块、数据采集模块、系统管理模块和数据库，所述接口模块、数据采集模块、数据库和系统管理模块相连；所述接口模块用于和无人机进行对接；所述数据采集模块与所述接口模块相连，用于采集无人机的运行数据，并将运行数据输入到数据库；所述系统管理模块用于所述中间件中各个模块的管理；所述数据库用于将所述采集到的运行数据进行存储、整理、转换和规范，以备传输到地面系统，或/和用于接受地面系统的更新参数。

【技术特征摘要】
1.一种基于中间件的无人机PHM系统，其特征在于，该无人机PHM系统包括：机载系统、中间件和地面系统；所述中间件包括接口模块、数据采集模块、系统管理模块和数据库，所述接口模块、数据采集模块、数据库和系统管理模块相连；所述接口模块用于和无人机进行对接；所述数据采集模块与所述接口模块相连，用于采集无人机的运行数据，并将运行数据输入到数据库；所述系统管理模块用于所述中间件中各个模块的管理；所述数据库用于将所述采集到的运行数据进行存储、整理、转换和规范，以备传输到地面系统，或/和用于接受地面系统的更新参数。2.如权利要求1所述无人机PHM系统，其特征在于，所述数据采集模块包括适配器。3.如权利要求1所述无人机PHM系统，其特征在于，还包括健康评估模块，所述健康评估模块和数据库相连，所述健康评估模块用于对无人机的物理状态进行健康评估，并将结果输入数据库，数据库对健康评估结果进行存储、整理、转换和规范，再传输到地面系统。4.如权利要求3所述无人机PHM系统，其特征在于，所述健康评估模块包括：状态描述单元、健康评估单元、评估...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伯成，麦安迪，王学谦，梁斌，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44