[发明专利]一种基于Modelica模型的故障注入系统及其方法

说明书

本发明公开了一种基于Modelica模型的故障注入系统及其方法，包括基于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、故障参数编辑模块以及故障注入模块；本发明通过Modelica中的可扩展语义annotation，将正常工况的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系统模型间的映射关系，这种映射关系不影响正常模型的行为；再通过注入不同的故障模式到内存的系统模型对象中来产生不同的故障模型，从而模拟不同的故障情况。本发明的这种故障注入的方式很好的解决了模型的一致性、可重用性和可维护性的问题，大大的降低了故障仿真的复杂性。

技术领域

本发明属于复杂机电系统故障仿真领域，具体涉及一种针对复杂机电系统的的基于Modelica模型的故障注入系统及其方法。

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，其各个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，某个零件的失效可能会引起巨大的损失，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。

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

为了解决现有技术中存在的不足，本发明旨在提供一种基于Modelica模型的故障注入系统及其方法，可以根据不同的故障模式，动态地将需要仿真的故障注入到模型中，动态生成故障模型，从而保持系统模型的一致性、重用性和易维护性。

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模型的故障注入系统，包括基于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、故障参数编辑模块以及故障注入模块；

所述系统模型库分别连接所述模型管理模块和所述故障模式库，所述故障模式库连接所述故障模式管理模块，所述故障模式管理模块连接所述故障参数编辑模块，所述故障参数编辑模块连接所述故障注入模块，所述故障注入模块和所述模型管理模块分别与内存连接；

所述系统模型库用以存储和编辑系统模型，其具备如下两个功能：

a、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拆分为分系统、组件或元器件，每个所述组件或所述元器件包含有能描述该组件或元器件行为的参数、变量和数学方程；

b、编辑模型功能，主要用于编辑所述系统模型库中的所述系统模型，为所述系统模型增加annotation注解信息；

所述模型管理模块用于管理所述系统模型，其具备如下两个功能：

a、将所述系统模型加载到内存中，通过解析所述系统模型，生成系统模型对象（也称内存模型）；

b、编译和扫描内存中的所述系统模型对象；

所述故障模式库用以存储故障模式，每条所述故障模式记录包含以下两类信息：

a、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；

b、与描述故障模式和系统模型映射关系的信息，包括故障参数名和故障模式触发条件；