飛機遠程故障診斷系統(tǒng)的Matlab實現(xiàn)

1、飛機遠程故障診斷系統(tǒng)的Matlab實現(xiàn)摘要：Matlab Web Server 技術(shù)為基于Internet的數(shù)據(jù)遠程分析提供了快捷而又強大的實現(xiàn)方法。使用飛參數(shù)據(jù)源，設(shè)計了基于Matlab服務(wù)器的飛機遠程故障診斷系統(tǒng)，詳細介紹了系統(tǒng)體系框架與關(guān)鍵技術(shù)難點。關(guān)鍵詞：Matlab服務(wù)器, 遠程數(shù)據(jù)分析，故障診斷，飛行參數(shù)Design And Realization of The Remote Fault Diagnosis System For The Airplane Based On Matlab Web ServerAbstract: Matlab Web Server provides s

2、hortcut and powerful method for data analysis and re-development though Internet. By using this technique we design and realize the remote fault diagnosis system for the airplane based on the flight parameters, the structure of this system and some key difficulties during the development are propose

3、d in detail.Key Words: Matlab Web Server, Remote Data Analysis，F(xiàn)ault Diagnosis, Flight Parameters飛機遠程故障診斷是現(xiàn)代科學技術(shù)的綜合體，是在傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)以及飛機結(jié)構(gòu)與性能分析和大量維護經(jīng)驗的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其實質(zhì)是對反映其運行狀況的多源信息進行感知、傳輸和綜合智能處理的過程。Matlab 是MathWorks公司開發(fā)的程序計算語言，它以其強大的計算、繪圖以及功能豐富、性能穩(wěn)定的應(yīng)用工具箱逐漸成為工程界最流行的計算軟件。目前，最新版本的Matlab所提供的服務(wù)器（Web S

4、erver）技術(shù)為基于Internet的數(shù)據(jù)遠程分析注入了新的活力，并提供了快捷而又強大的實現(xiàn)方法。本文借鑒現(xiàn)有研究成果，建立了基于Matlab Web Server的適合飛機遠程故障診斷的體系框架，并介紹了系統(tǒng)開發(fā)過程中的關(guān)鍵技術(shù)難點。1 Matlab服務(wù)器的配置及開發(fā)步驟Matlab Web Server是采用TCP/IP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)的。客戶端通過Web瀏覽器發(fā)送請求，Matlab Web服務(wù)器接受數(shù)據(jù)并將最終的處理結(jié)果顯示在客戶端的瀏覽器上。Matlabserver和matweb.m：Matlabserver是一個多線程的基于TCP/IP的服務(wù)器，用于管理Web應(yīng)用程序和Matlab之間

5、的通訊。它通過調(diào)用matweb.m來間接執(zhí)行HTML頁面中的隱藏域mlmflie所指定的M文件1,2。Matlab Web應(yīng)用程序開發(fā)的一般步驟為：（1）在Web服務(wù)器的根目錄下建立/cgi-bin目錄和/icons目錄，分別用于存放matweb.exe、matweb.conf和在程序中所產(chǎn)生的多媒體資料文件。此外應(yīng)用程序所調(diào)用的M文件包括matweb.m文件必須位于Matlab的搜索路徑中。（2）創(chuàng)建HTML輸入頁面以接受客戶端的輸入請求；（3）編寫Matlab應(yīng)用程序模版，用于完成特定的計算或繪圖功能；（4）創(chuàng)建HTML輸出頁面用于顯示計算結(jié)果；（5）創(chuàng)建調(diào)試模版，用于測試計算結(jié)果的正確性

6、。2 飛機遠程故障診斷系統(tǒng)故障是設(shè)備不能完成規(guī)定功能或性能退化不滿足規(guī)定要求的狀態(tài)。自60年代美國率先開展系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)的研究以來，在世界各國政府、企業(yè)和學者的共同努力下，故障診斷技術(shù)已在航空航天、機械、電子、化工、軍事裝備等領(lǐng)域或得了成功的應(yīng)用和長足的進展。現(xiàn)在，故障診斷已成為一門邊緣學科，涉及系統(tǒng)論、控制論、信息處理、檢測與估計、計算機、傳感器等多學科的理論與技術(shù)。眾所周知，航空安全是民用航空工業(yè)生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，也是軍用飛機提升戰(zhàn)斗力的前提。飛行事故調(diào)查和失效分析結(jié)果表明，降低事故率的有效措施是在事故發(fā)生前采取狀態(tài)監(jiān)測與控制等行動，即實時、動態(tài)掌握飛機（包括空勤人員）的工作狀態(tài)，定量

7、評估其安全工作性能，及時發(fā)出故障或危險告警，預(yù)防飛行事故的發(fā)生。FDR（Flight Data Recorder），全稱“飛行參數(shù)記錄系統(tǒng)”，簡稱“飛參”，它是一種能夠自動記錄飛機飛行過程中各種狀態(tài)參數(shù)的設(shè)備，通過地面信息處理系統(tǒng)為飛機故障診斷及預(yù)測、輔助飛行訓練、飛行事故取證等提供客觀、科學的依據(jù)。目前，飛參系統(tǒng)已經(jīng)成為民航飛機與軍用飛機的必裝機載設(shè)備。飛行數(shù)據(jù)譯碼系統(tǒng)可以將飛行參數(shù)記錄器中的數(shù)據(jù)還原成地勤人員可以直接使用的工程值，通過對數(shù)據(jù)的綜合分析可以了解飛機發(fā)動機的工作狀態(tài)以及飛行科目完成的質(zhì)量等情況。目前，多數(shù)飛行數(shù)據(jù)地面譯碼系統(tǒng)均為單機版應(yīng)用程序，只有配裝了相應(yīng)卸載設(shè)備和軟件的單位

8、才可以正常使用這些數(shù)據(jù)，其它一些機關(guān)部門、研究機構(gòu)只能通過書面報表的形式瀏覽飛行數(shù)據(jù)，信息共享的自動化程度不高，導(dǎo)致分析手段落后，不能有效地通過飛行數(shù)據(jù)對飛機進行遠程診斷。本文提出的基于Matlab Web Server技術(shù)的飛機遠程故障診斷系統(tǒng)建立于軍用互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，其基本體系框架如圖1所示：診斷現(xiàn)場飛行數(shù)據(jù)診斷結(jié)果圖1 基于Matlab Web Serve的飛機遠程故障診斷系統(tǒng)分析圖1，該系統(tǒng)具有以下三個信息處理環(huán)節(jié)：（1）信息感知：飛參系統(tǒng)記錄機載傳感器信息，獲得關(guān)于飛機通電、開車和飛行時的相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)信息。（2）信息傳輸：用戶通過客戶端瀏覽器提供的功能，一方面通過軍用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)得到故障診

9、斷的飛行數(shù)據(jù)，另一方面利用Matlab服務(wù)器提供的強大的數(shù)據(jù)分析和計算功能，用戶可以選擇不同算法對飛行數(shù)據(jù)做進一步分析，并將診斷結(jié)果傳輸給Matlab應(yīng)用服務(wù)器。（3）綜合診斷：通過用戶提交的診斷結(jié)果，在Matlab服務(wù)器中進行融合診斷處理，并提交診斷現(xiàn)場。3 主要關(guān)鍵技術(shù)難點3.1 安全性問題客戶端瀏覽器應(yīng)用程序設(shè)計時，用于填寫用戶請求的控件要避免文本框的形式，盡量采用下拉列表框、單選按鈕等形式，可有效防止用戶提交的“！del”甚至“！format”等惡意指令。但該方法同時也限制了用戶的主觀算法開發(fā)，所以在實際應(yīng)用中應(yīng)折中處理。3.2 實時傳輸問題采用嵌入式軍用網(wǎng)絡(luò)通訊平臺是實現(xiàn)信息實時傳輸

10、的關(guān)鍵。該平臺應(yīng)支持多種接口方式接入（RS232/422、485、GPIB、1553/1773、CAN），可掛接多種同類或異類數(shù)字量與模擬量傳感器，提供局域或遠程現(xiàn)場設(shè)備網(wǎng)絡(luò)接入功能（RJ45、GSM、nRF、Zigbee和wire Modem or wireless Modem）。此外，在通訊過程中，可結(jié)合信息預(yù)處理算法先對信號進行簡單處理。3.3 數(shù)據(jù)傳輸問題故障診斷和分析時，數(shù)據(jù)需求量較大。但Matlab服務(wù)器HTML輸出模版接受的最大數(shù)據(jù)容量僅為256KB。因此，需根據(jù)用戶所選擇的參數(shù)和時間范圍來動態(tài)調(diào)整輸出HTML的頁數(shù)：式中，為被選擇的飛行參數(shù)的個數(shù)，為選擇的飛行數(shù)據(jù)時間長度（飛參

11、數(shù)據(jù)采樣頻率為1秒），Matlab默認的數(shù)值變量類型為double（占8個字節(jié)），函數(shù)用于計算不小于的最小整數(shù)。3.4 故障診斷智能處理故障診斷智能信息處理環(huán)節(jié)需使用的主要數(shù)學工具包括概率論、推理網(wǎng)絡(luò)、模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、D-S理論等，Matlab內(nèi)部函數(shù)和各工具箱為其提供了簡單而強大的技術(shù)支持。故障診斷智能信息處理主要解決的關(guān)鍵問題包括時空對準問題、故障特征變換及關(guān)聯(lián)、故障推理機制以及故障融合策略等。應(yīng)該明確并不存在一種完美的算法，設(shè)計者應(yīng)接合實際選擇適當?shù)聂敯艉途_的算法，或者采用自適應(yīng)混合的方法來解決實際問題5-7。4 總結(jié)本文所實現(xiàn)的飛機遠程故障診斷系統(tǒng)有效地實現(xiàn)了信息共享和

12、遠程專家支持等功能，具有較好的應(yīng)用推廣價值。參考文獻：1 何強,何英.Matlab擴展編程M.北京：清華大學出版社,2002.67-85.2 李宏,賓寧.基于Matlab Web服務(wù)器的信號與系統(tǒng)遠程教學課件J.計算機工程,2003,第29卷第19期:184-185.3 王宏.MATLAB的Web應(yīng)用與開發(fā)J.計算機應(yīng)用,2001,第21卷第3期:89-91.4 Lawrence S, Giles C L. Accessibility and Distribution of information on the webJ.Nature,1999:107-109.5 潘泉等.信息融合理論的基本方法與進展J，自動化學報，2003.4，29（4），59