一种机电液混合系统潜在通路分析方法及装置

技术领域

本发明涉及机电液混合系统技术领域，尤其涉及一种机电液混合系统潜在通路分析方法及装置。

背景技术

机电液混合系统是一个多学科交叉、技术密度高的复杂系统(如航天控制系统、舰船控制系统、核电热力系统等)，主要由机械、液压、控制等子系统组成。其设备接口众多，功能结构复杂，操作时序繁忙，子系统间存在着相互作用、相互影响的耦合关系，导致了系统设计和运行操作上出现潜在通路的概率风险较高。这些潜在问题在一定条件激励下，将会产生设计者所不期望的动作，影响系统的正常功能或对舰船产生极大的危害，甚至危害人身安全。潜在通路分析是可靠性分析方法之一，其目的是通过潜在通路分析，发现系统的潜在问题和设计缺陷，进而指导系统设计改进或做好预防措施，避免产生故障，以提高系统的可靠性和使用安全性。由于常规的可靠性分析大多是以考察故障作为出发点，而潜在通路分析致力于研究系统各单元内部连接的相互关系和影响特性，两者存在明显的互补性。潜在通路分析与其他分析技术的综合应用，可提供系统功能异常的更全面的信息和取得更好的分析效果。因此，有必要在机电液混合系统设计过程中开展潜在通路分析。

潜在通路分析方法分为经典网络树法和状态路径分析法。经典网络树法首先对系统进行适当的划分以及结构上的简化，生成网络树，通过识别网络树中所有的拓扑模式构成，结合线索表对网络树进行分析，识别出系统中存在的所有潜在状态；状态路径法可以在复杂系统进行划分和简化的基础上，通过关键功能节点的识别和功能节点间因果路径的追踪，结合线索表进行分析。

现有的潜在通路分析方法在实际应用过程，仅仅局限于对电路、液路的局部分析，不能从整体层面对机电液混合系统进行全面分析，缺乏对电、液关联性和耦合性的问题排查。

发明内容

本发明提供一种机电液混合系统潜在通路分析方法及装置，用以解决现有技术中不能从整体层面对机电液混合系统进行全面分析，缺乏对电、液关联性和耦合性的问题排查的缺陷。

第一方面，本发明提供一种机电液混合系统潜在通路分析方法，包括：构建机电液混合系统的等效电路图；所述机电液混合系统包括电气控制部分和液压部分；根据所述机电液混合系统在目标工况下运行时的操作时序，确定所述等效电路图中的运行路径；根据所述运行路径，确定所述机电液混合系统的潜在通路分析结果。

根据本发明提供的一种机电液混合系统潜在通路分析方法，所述构建机电液混合系统的等效电路图，包括：对所述电气控制部分进行简化，构建所述电气控制部分的电气系统电路图；根据液路与电路的等效映射规则，对所述液压部分的液压部件和管网进行等效，构建所述液压部分的液路转化电路图；将所述电气系统电路图和液路转化电路图进行连通性组合，构建所述机电液混合系统的等效电路图。

根据本发明提供的一种机电液混合系统潜在通路分析方法，所述根据所述机电液混合系统在目标工况下运行时的操作时序，确定所述等效电路图中的运行路径，包括：按照供电层次和供液层次将所述等效电路图划分为具有独立功能的若干等效子电路图；根据所述机电液混合系统在目标工况下运行时的操作时序，确定每个等效子电路图中的运行路径；根据每个所述等效子电路图中的运行路径，确定所述等效电路图中的运行路径。

根据本发明提供的一种机电液混合系统潜在通路分析方法，所述等效映射规则包括：将控制管路通断的阀组件等效为开关；将单向阀等效为二极管；将三通阀等效为双掷开关；将液压泵等效为电源；将容器设备等效为电容；将负载元件等效为电阻。

根据本发明提供的一种机电液混合系统潜在通路分析方法，所述按照供电层次和供液层次将所述等效电路图划分为具有独立功能的若干等效子电路图，包括：按照供电层次和供液层次设置划分所述电液混合系统的多个边界点；根据所述多个边界点，将所述电液混合系统划分为具有独立功能的若干子系统；根据所述机电液混合系统的每个子系统，获取每个子系统的等效子电路图。

根据本发明提供的一种机电液混合系统潜在通路分析方法，在所述机电液混合系统为操舵系统的情况下，所述电气控制部分的边界点包括：电源供电点、供电负母线、供电正母线、电源返回点；液压部分的边界点包括：油箱、液压源、舵机油缸。

第二方面，本发明还提供一种机电液混合系统潜在通路分析装置，包括：第一处理模块，第二处理模块，第三处理模块。

其中，第一处理模块，用于构建机电液混合系统的等效电路图；所述机电液混合系统包括电气控制部分和液压部分；

第二处理模块，用于根据所述机电液混合系统在目标工况下运行时的操作时序，确定所述等效电路图中的运行路径；

第三处理模块，用于根据所述运行路径，确定所述机电液混合系统的潜在通路分析结果。

第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述机电液混合系统潜在通路分析方法的步骤。

第四方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述机电液混合系统潜在通路分析方法的步骤。

第五方面，本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述机电液混合系统潜在通路分析方法的步骤。

本发明提供的机电液混合系统潜在通路分析方法、装置、电子设备及存储介质，通过电液连通性建模，实现了机电液系统整体层面的潜在通路分析，使分析结果更加全面、完整；并且通过时序状态分析方法进行机电液混合系统在目标工况下运行路径的搜索，能够实现系统所有设备的组合状态的完全遍历，从而可以更加全面的获取机电液混合系统的潜在通路分析结果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的机电液混合系统潜在通路分析方法的流程示意图；

图2是本发明提供的构建机电液混合系统的等效电路图的流程示意图；

图3是本发明提供的基于操作时序的运行路径搜索的流程示意图；

图4是本发明提供的机电液混合系统潜在通路分析装置的结构示意图；

图5是本发明提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本发明实施例的描述中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。

下面结合图1-图5描述本发明实施例所提供的机电液混合系统潜在通路分析方法和装置。

图1是本发明提供的机电液混合系统潜在通路分析方法的流程示意图，如图1所示，包括但不限于以下步骤：

步骤101：构建机电液混合系统的等效电路图。

构建机电液混合系统的等效电路图的过程，即为进行电液连通性建模的过程。其中，所述机电液混合系统包括电气控制部分和液压部分。

以舰船操舵系统为例，对本发明的技术方案进行说明。操舵系统是舰船控制系统的一个局部系统，主要由电气控制部分、液压系统和机械传动装置组成，包含了电气控制设备、液压泵控设备(两台，用一备一)、机械传动设备、液压部件、液压管路、传感器、电气控制回路等，是典型的机电液混合系统。操舵系统的用途是保持或改变舰船所处的方向、深度和姿态，工作原理是当操舵液压系统接受控制设备的操舵控制及其转换信号，输出方向可变、大小与信号成比例的液压动力，控制舵机液压缸的运动位置及速度，带动舵传动装置和舵板动作，以实现操舵。

可选地，本发明基于液路与电路的相似性特征，将潜在电路分析技术移植到机电液混合系统的液压部分，实现对液压元件和管路的等效建模，将液路系统的连接关系转换成电路图。将液路转化部分与系统电气部分的电路图进行连通性组合，绘制出用于潜通路分析的等效电路图。

步骤102：根据所述机电液混合系统在目标工况下运行时的操作时序，确定所述等效电路图中的运行路径。

本发明利用时序状态分析法，对等效电路图中的运行路径进行搜索。可以理解的，当机电液混合系统由于开关或其他操作引起工作状态变化时，按照机电液混合系统在目标工况下运行时的操作时序进行能量和信号通路的搜索，遍历获取等效电路图中的所有运行路径。

需要说明的是，运行路径的搜索工作可以由专用软件完成。可以使用潜在通路分析平台，将基于工程经验的潜在通路判断原则和分析内容固化到程序中，遍历仿真机电液混合系统中运行路径。从而，模拟机电液混合系统在不同运行路径下的实际的运行状态，以找出与设计期望不符的运行状态。本发明将基于工程经验的潜在通路识别规则融入到专用分析软件中，简化了分析流程，相对于人工实现路径的搜索，具体更高的效率以及准确率。

步骤103：根据所述运行路径，确定所述机电液混合系统的潜在通路分析结果。

潜在通路分析平台可以对全部的运行路径进行自动分析，从而识别出机电液混合系统中可能存在的潜在通路。

可选地，潜在通路分析平台可以以路径图形的形式生成和显示可能存在的潜在通路，经分析人员与系统设计人员进一步识别，最终形成潜在通路分析结果。本发明利用潜在通路分析平台将图形化界面和仿真相结合，使参数设置、路径展示、分析效果更加直观，具有智能化特征。

本发明提供的机电液混合系统潜在通路分析方法，通过电液连通性建模，实现了机电液系统整体层面的潜在通路分析，使分析结果更加全面、完整；并且通过时序状态分析方法进行机电液混合系统在目标工况下运行路径的搜索，能够实现系统所有设备的组合状态的完全遍历，从而可以更加全面的获取机电液混合系统的潜在通路分析结果。

图2是本发明提供的构建机电液混合系统的等效电路图的流程示意图，如图2所示，包括但不限于以下步骤：

步骤201：对电气控制部分进行简化，构建电气控制部分的电气系统电路图。

首先，将机电液混合系统的电气控制部分进行合理的划分以及结构上的简化，对电气部件和电缆网进行建模，形成简化后的电气系统电路图。通过对继电器、手动开关、电连接器等器件的通断属性进行设置，能够完全覆盖系统在技术状态下的通路特性，实现运行路径分析流程与系统实际工作过程的严格对应。

步骤202：根据液路与电路的等效映射规则，对所述液压部分的液压部件和管网进行等效，构建所述液压部分的液路转化电路图。

其次，针对液压部分，根据电液相似原理，对液路与电路的等效映射规则进行研究。其中，所述等效映射规则包括但不限于：将控制管路通断的阀组件等效为开关；将单向阀等效为二极管；将三通阀等效为双掷开关；将液压泵等效为电源；将容器设备等效为电容；将负载元件等效为电阻。通过仿真测试，验证电路等效部件的输入输出与其在液路中实际工作状态一致。按照等效映射规则，将液压部件和管网转换成分析用的液路转化电路图。

步骤203：将所述电气系统电路图和液路转化电路图进行连通性组合，构建所述机电液混合系统的等效电路图。

由于电气控制部分可以向液压部分发出控制信号，实现液压部分的动作。可选地，根据机电液混合系统的电气控制部分与液压部分的控制信号通路，建立电力系统电路图与液路转化电路图的连通性组合。

本发明通过电液连通性建模，实现了机电液系统整体层面的潜在通路分析，使分析结果更加全面、完整。

图3是本发明提供的基于操作时序的运行路径搜索的流程示意图，如图3所示，根据所述机电液混合系统在目标工况下运行时的操作时序，确定所述等效电路图中的运行路径，包括以下步骤：

步骤301：按照供电层次和供液层次将所述等效电路图划分为具有独立功能的若干等效子电路图。

具体地，结合电路结构特点和规模，合理设置机电液混合系统划分边界点。基本原则是按供电层次和供液层次来划分机电液混合系统。

可选地，将所述等效电路图划分为具有独立功能的若干等效子电路图的步骤包括：按照供电层次和供液层次设置划分所述电液混合系统的多个边界点；根据所述多个边界点，将所述电液混合系统划分为具有独立功能的若干子系统；根据所述机电液混合系统的每个子系统，获取每个子系统的等效子电路图。

其中，电气控制部分以各电源供电点、各供电负母线、各供电正母线、各电源返回点作为边界点；液路部分以油箱、液压源、舵机油缸作为边界点。

可选地，按照设置好的边界点，将机电液混合系统分割成具有独立功能的子系统，形成网络树节点集。技术手段就是通过边界点将供电压源、供液压源按工作起始点并按功能划分进行分析，生成网络树节点集。

步骤302：根据所述机电液混合系统在目标工况下运行时的操作时序，确定每个等效子电路图中的运行路径。

步骤303：根据每个所述等效子电路图中的运行路径，确定所述等效电路图中的运行路径。

将操舵系统按照正常运行和非正常运行进行划分，结合自动、随动、应急三种操纵方式，分析整理出所有系统工况类型。下面以“正常运行-随动-1号液压泵控设备投入”工况为例，对本方案所采用的三种潜在通路仿真分析方法进行介绍。表1为“正常运行-随动-1号液压泵控设备投入”工况的运行路径。

需要说明的是，上述表格只展示了在上述工况下的部分运行路径，作为示例。本发明中的潜在通路分析平台提供了多种进行运行路径仿真方式，用于对运行路径进行仿真。

第一种，控制台按钮动作仿真分析。将系统中所有动作开关和状态指示运用仿真软件以按钮和指示灯的形式搭建控制台。将与1号液压泵控设备的随动工况下的相关按钮依次按下，模拟系统操作过程。通过每个按钮的动作，观察潜在通路分析平台仿真界面的相对应的动作状态路径流向，分析是否有潜在路径。

表1“正常运行-随动-1号液压泵控设备投入工况的运行路径

第二种，开关动作序列组合仿真。首先对该目标工况的基准动作序列仿真指令时序进行设置。对1号液压泵控设备操舵工况的基准动作序列和其所有的排列组合进行仿真，通过潜在通路分析软件进行状态路径对比分析，输出相应的结果，针对异常的状态路径进行具体分析，确认是否为系统潜在通路。

第三种，受控源线索仿真。将影响正常运行的主要电路和液路部件设置为被控器件，将直接控制其动作的部件设置为受控源，然后结合动作序列全排列组合进行状态路径仿真。受控源线索设置完成之后，通过排列组合仿真，分析是否有受控源未动作的情况下，受控器件动作或发出信号的异常状态路径。

可以理解的，借助潜在通路分析平台提供的上述三种仿真方式，均可以无异议的实现运行路径的仿真以获取潜在通路分析结果，具体的实现流程这里不再赘述。

可选地，通过采用上述三种仿真方法对1号液压泵控设备的随动工况进行分析，将潜在通路分析平台中显示的运行路径和正确的信号路径进行比对，可以分析出以下问题：当进行操舵控制时，三个舵角给定信号和反馈信号分别进入舵角显示板和模放板，若显示板内的指示器是电阻并且共地，三个舵的给定信号和反馈信号会相互串入，可能会造成舵角反馈信号异常和舵角显示板显示异常。

图4是本发明提供的机电液混合系统潜在通路分析装置的结构示意图，如图4所示，所述装置包括：第一处理模块410，第二处理模块420，第三处理模块430。

其中，第一处理模块410，用于构建机电液混合系统的等效电路图；所述机电液混合系统包括电气控制部分和液压部分；

第二处理模块420，用于根据所述机电液混合系统在目标工况下运行时的操作时序，确定所述等效电路图中的运行路径；

第三处理模块430，用于根据所述运行路径，确定所述机电液混合系统的潜在通路分析结果。

本发明提供的机电液混合系统潜在通路分析装置，通过电液连通性建模，实现了机电液系统整体层面的潜在通路分析，使分析结果更加全面、完整；并且通过时序状态分析方法进行机电液混合系统在目标工况下运行路径的搜索，能够实现系统所有设备的组合状态的完全遍历，从而可以更加全面的获取机电液混合系统的潜在通路分析结果。

需要说明的是，本发明实施例提供的机电液混合系统潜在通路分析装置，在具体运行时，可以执行上述任一实施例所述的机电液混合系统潜在通路分析方法，对此本实施例不作赘述。

图5是本发明提供的电子设备的结构示意图，如图5所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)510、通信接口(Communications Interface)520、存储器(memory)530和通信总线540，其中，处理器510，通信接口520，存储器530通过通信总线540完成相互间的通信。处理器510可以调用存储器530中的逻辑指令，以执行机电液混合系统潜在通路分析方法，该方法包括：构建机电液混合系统的等效电路图；所述机电液混合系统包括电气控制部分和液压部分；根据所述机电液混合系统在目标工况下运行时的操作时序，确定所述等效电路图中的运行路径；根据所述运行路径，确定所述机电液混合系统的潜在通路分析结果。

此外，上述的存储器530中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各实施例所提供的机电液混合系统潜在通路分析方法，该方法包括：构建机电液混合系统的等效电路图；所述机电液混合系统包括电气控制部分和液压部分；根据所述机电液混合系统在目标工况下运行时的操作时序，确定所述等效电路图中的运行路径；根据所述运行路径，确定所述机电液混合系统的潜在通路分析结果。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的机电液混合系统潜在通路分析方法，该方法包括：构建机电液混合系统的等效电路图；所述机电液混合系统包括电气控制部分和液压部分；根据所述机电液混合系统在目标工况下运行时的操作时序，确定所述等效电路图中的运行路径；根据所述运行路径，确定所述机电液混合系统的潜在通路分析结果。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。