一种基于FPGA的故障诊断系统及方法

技术领域

本发明涉及故障诊断技术领域，具体的说是一种基于FPGA的故障诊断系统及方法。

背景技术

PHM(prognostics and health management)预测及健康管理技术是一种全新的管理系统健康状态的解决方案，它是基于人工智能技术和现代信息技术的最新研究成果而提出的。它实现了从传统的基于硬件传感器的故障诊断转向基于FPGA、信号滤波等技术为底层技术的智能系统的预测。

现今，国内外在各种机载设备研制的初期就要开展故障诊断系统的设计和构建，并且贯穿整个机载设备生命周期。在功能上，故障诊断系统已经逐步覆盖了从前外场检测设备才具备的故障检测、隔离和定位功能，外场检测设备通常使用专用自检电路，这样会增加设备规模，降低设备可靠性，且不具备通用性。

发明内容

本发明针对现有PHM系统存在的不足之处，提供一种基于FPGA的故障诊断系统及方法。

首先，本发明提供一种基于FPGA的故障诊断系统，解决上述技术问题采用的技术方案如下：

一种基于FPGA的故障诊断系统，其结构包括：

基于FPGA的数据采集模块，用于采集机载模块的工作信号，判断信号的状态是否存在异常，还用于对采集的信号进行处理，并对信号进行逻辑分析，以检测信号逻辑是否存在异常；

基于FPGA的故障诊断模块，用于接收数据采集模块输出的异常信号，并对异常信号进行分类和分析，随后根据预置的故障等级判断异常信号的等级，并生成评估结论；

基于机载模块的中央处理单元，用于接收故障诊断模块发出的评估结论，并根据评估结论确定故障所在位置，供维修人员进行检修。

具体的，所涉及数据采集模块采集机载模块的工作信号，并依次通过两个通道对采集的信号进行处理，随后将处理后信号的状态与信号正常状态进行对比，来判断处理后信号的状态是否存在异常；

随后，所述数据采集模块对处理后的信号使用脉冲分配通路器件、四路差动比较器再次进行处理，并对四路差动比较器的各引脚信号进行逻辑分析，检测信号逻辑是否存在异常；

最后，所述数据采集模块将状态异常的信号、逻辑异常的信号传送至故障诊断模块。

优选的，所涉及的两个通道中，前一个通道采用消抖电路，后一个通道采用阻容和光耦网络。

具体的，所涉及故障诊断模块对逻辑异常的信号进行实时监测，并对该信号的状态进行逻辑运算和分析，随后将分析结果与预置的故障等级进行比对，确定信号的异常等级，同时生成评估结论保存在FPGA的寄存器中。

优选的，所涉及故障诊断模块将分析结果与预置的故障等级进行比对，确定信号的异常等级高于一级时，向FPGA的安全控制电路发出制动信号，关断控制电源和信号采集通道。

具体的，所涉及中央处理单元还根据评估结论驱使数据采集模块重新采集机载模块的工作信号，驱使故障诊断模块重新生成评估结论；

在中央处理单元收到的三次以上相同评估结论时，才将根据评估结论确定的故障位置发送至维修人员。

其次，本发明提供一种基于FPGA的故障诊断方法，解决上述技术问题采用的技术方案如下：

一种基于FPGA的故障诊断方法，其实现内容基于FPGA，具体包括：

S1、采集机载模块的工作信号，判断信号的状态是否存在异常，还用于对采集的信号进行处理，并对信号进行逻辑分析，以检测信号逻辑是否存在异常；

S2、接收异常信号，并对异常信号进行分类和分析，随后根据预置的故障等级判断异常信号的等级，并生成评估结论；

S3、机载设备的中央处理器接收评估结论，并根据评估结论确定故障所在位置，供维修人员进行检修。

可选的，执行步骤S1的具体操作如下：

首先，采集机载模块的工作信号，并依次通过两个通道对采集的信号进行处理，随后将处理后信号的状态与信号正常状态进行对比，来判断处理后信号的状态是否存在异常；两个通道中，前一个通道采用消抖电路，后一个通道采用阻容和光耦网络；

随后，对处理后的信号使用脉冲分配通路器件、四路差动比较器再次进行处理，并对四路差动比较器的各引脚信号进行逻辑分析，检测信号逻辑是否存在异常；

最后，将状态异常的信号、逻辑异常的信号进行分类和分析。

可选的，执行步骤S2的具体操作如下：

对逻辑异常的信号进行实时监测，并对该信号的状态进行逻辑运算和分析，随后将分析结果与预置的故障等级进行比对，确定信号的异常等级，同时生成评估结论保存在FPGA的寄存器中，这一过程中，如果确定信号的异常等级高于一级，则向FPGA的安全控制电路发出制动信号，关断控制电源和信号采集通道。

可选的，机载设备的中央处理器还根据评估结论驱使数据采集模块重新采集机载模块的工作信号，驱使故障诊断模块重新生成评估结论；

在中央处理单元收到的三次以上相同评估结论时，才将根据评估结论确定的故障位置发送至维修人员。

本发明的一种基于FPGA的故障诊断系统及方法，与现有技术相比具有的有益效果是：

本发明基于FPGA进行机载模块工作数据的采集和异常诊断，基于机载模块的中央处理单元确定故障所在位置，具有诊断可靠、通用性强的优点，可以为机载模块的在线测试、产品测试性和维修性工作提供理论支持。

附图说明

附图1是本发明实施例一的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案、解决的技术问题和技术效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。

实施例一：

结合附图1，本实施例提出一种基于FPGA的故障诊断系统，其结构包括：

基于FPGA的数据采集模块，用于采集机载模块的工作信号，判断信号的状态是否存在异常，还用于对采集的信号进行处理，并对信号进行逻辑分析，以检测信号逻辑是否存在异常；

基于FPGA的故障诊断模块，用于接收数据采集模块输出的异常信号，并对异常信号进行分类和分析，随后根据预置的故障等级判断异常信号的等级，并生成评估结论；

基于机载模块的中央处理单元，用于接收故障诊断模块发出的评估结论，并根据评估结论确定故障所在位置，供维修人员进行检修。

本实施例中，数据采集模块判断信号的状态是否存在异常、检测信号逻辑是否存在异常的具体操作涉及：①采集机载模块的工作信号，并依次通过两个通道对采集的信号进行处理，随后将处理后信号的状态与信号正常状态进行对比，来判断处理后信号的状态是否存在异常；②对处理后的信号使用脉冲分配通路器件、四路差动比较器再次进行处理，并对四路差动比较器的各引脚信号进行逻辑分析，检测信号逻辑是否存在异常；③将状态异常的信号、逻辑异常的信号传送至故障诊断模块。

需要补充的是：两个通道中，前一个通道采用消抖电路，后一个通道采用阻容和光耦网络。

本实施例中，故障诊断模块生成评估结论的具体操作如下：对逻辑异常的信号进行实时监测，并对该信号的状态进行逻辑运算和分析，随后将分析结果与预置的故障等级进行比对，确定信号的异常等级，同时生成评估结论保存在FPGA的寄存器中。

需要补充的是：故障诊断模块将分析结果与预置的故障等级进行比对，确定信号的异常等级高于一级时，向FPGA的安全控制电路发出制动信号，关断控制电源和信号采集通道。异常等级分为特级、一级、二级、三级……，数字越大，级别越小。

本实施例中，中央处理单元还根据评估结论驱使数据采集模块重新采集机载模块的工作信号，驱使故障诊断模块重新生成评估结论。在中央处理单元收到的三次以上相同评估结论时，才将根据评估结论确定的故障位置发送至维修人员。

实施例二：

本实施例提出一种基于FPGA的故障诊断方法，其实现内容基于FPGA，具体包括：

S1、采集机载模块的工作信号，判断信号的状态是否存在异常，还用于对采集的信号进行处理，并对信号进行逻辑分析，以检测信号逻辑是否存在异常；

S2、接收异常信号，并对异常信号进行分类和分析，随后根据预置的故障等级判断异常信号的等级，并生成评估结论；

S3、机载设备的中央处理器接收评估结论，并根据评估结论确定故障所在位置，供维修人员进行检修。

本实施例中，执行步骤S1的具体操作如下：

首先，采集机载模块的工作信号，并依次通过两个通道对采集的信号进行处理，随后将处理后信号的状态与信号正常状态进行对比，来判断处理后信号的状态是否存在异常；两个通道中，前一个通道采用消抖电路，后一个通道采用阻容和光耦网络；

随后，对处理后的信号使用脉冲分配通路器件、四路差动比较器再次进行处理，并对四路差动比较器的各引脚信号进行逻辑分析，检测信号逻辑是否存在异常；

最后，将状态异常的信号、逻辑异常的信号进行分类和分析。

本实施例中，执行步骤S2的具体操作如下：

对逻辑异常的信号进行实时监测，并对该信号的状态进行逻辑运算和分析，随后将分析结果与预置的故障等级进行比对，确定信号的异常等级，同时生成评估结论保存在FPGA的寄存器中，这一过程中，如果确定信号的异常等级高于一级，则向FPGA的安全控制电路发出制动信号，关断控制电源和信号采集通道。

异常等级分为特级、一级、二级、三级……，数字越大，级别越小。

本实施例中，机载设备的中央处理器还根据评估结论驱使数据采集模块重新采集机载模块的工作信号，驱使故障诊断模块重新生成评估结论；在中央处理单元收到的三次以上相同评估结论时，才将根据评估结论确定的故障位置发送至维修人员。

综上可知，采用本发明的一种基于FPGA的故障诊断系统及方法，基于FPGA进行数据采集和异常诊断，基于机载模块的中央处理单元确定故障所在位置，具有诊断可靠、通用性强的优点。

以上应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了详细阐述，这些实施例只是用于帮助理解本发明的核心技术内容。基于本发明的上述具体实施例，本技术领域的技术人员在不脱离本发明原理的前提下，对本发明所作出的任何改进和修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。