BatteryFault 模块文档¶
所属工具箱：RflySim PHM
简介¶
一句话描述：该模块集成锂聚合物电池仿真模型与电池故障注入功能，可模拟正常及故障状态下的电池电压、剩余容量特性输出。
该模块属于RflySim PHM故障预测与健康管理工具链，面向无人机电池故障仿真与PHM算法验证场景开发。模块内置LiPo电池模型，可根据输入的电机负载信息，模拟不同工况下电池的电压、剩余容量与效率比变化，同时支持注入三类常见电池故障，包括电池完全失效故障、低电压故障和低电量故障，并可自定义故障参数。
该模块常与CopterSim无人机飞控仿真框架、RflySim3D可视化环境配合使用，可对接PX4飞控输出的电机PWM信号，将仿真得到的电池状态输出给飞控或后续故障诊断、健康评估算法，适用于无人机电池故障注入仿真、PHM算法验证、故障容错控制开发等典型场景。
端口说明¶
输入端口（Inputs）¶
| 端口名 | 数据类型 | 维度 | 说明 |
|---|---|---|---|
PWMIn |
double |
N×1 [待确认] | 外部输入给模型的电机转速 |
BattHoverMinutes |
double |
1×1 | 悬停时间（标准悬停时间） |
BattHoverThr |
double |
1×1 | 悬停油门值 |
uavMotNumbs |
int |
1×1 | 无人机电机数量 |
FaultIn |
double |
M×1 [待确认] | 故障输入，包含故障类型ID和对应故障参数 |
输出端口（Outputs）¶
| 端口名 | 数据类型 | 维度 | 说明 |
|---|---|---|---|
Battery Model Bus1 |
Bus |
1×1 | 输出总线，封装了PWM输出、电池单元电压cell_voltage、剩余电量remCapacity信息 |
参数配置（Parameters）¶
双击模块打开的 Mask 对话框中可配置以下参数：
| 参数名 | 类型 | 默认值 | 可选值/范围 | 说明 |
|---|---|---|---|---|
isUseCustomHovTime |
boolean |
false |
true/false |
是否使用自定义悬停时间 |
CustomHovTime |
double |
10 |
>0 | 自定义悬停时间，单位：分钟 |
PowOffFaultID |
int |
123452 |
任意正整数 [待确认] | 电池失效故障的唯一标识ID |
LowVoltageFaultID |
int |
123453 |
任意正整数 [待确认] | 低电压故障的唯一标识ID |
LowCapacityFaultID |
int |
123454 |
任意正整数 [待确认] | 低电量故障的唯一标识ID |
参数设置说明¶
isUseCustomHovTime¶
当该参数设置为true时，模块将使用参数CustomHovTime中配置的自定义悬停时间计算电池容量；设置为false时，将使用输入端口BattHoverMinutes输入的悬停时间。
故障ID参数¶
不同故障类型对应固定的故障ID，本模块默认配置与RflySim PHM故障注入协议一致：123452对应电池失效故障、123453对应低电压故障、123454对应低电量故障，若使用自定义故障注入协议可修改对应ID。其中电池失效故障无故障参数，低电压故障携带1个剩余电压比例参数，低电量故障携带1个剩余电量比例参数。
模块特性（Block Characteristics）¶
| 特性项 | 值 |
|---|---|
| 支持的数据类型 | double、single |
| 直接馈通（Direct Feedthrough） | 是 |
| 采样时间 | 继承 |
| 代码生成支持 | 否 |
数据通信协议¶
本模块不涉及网络通信。
相关模块¶
| 模块名 | 说明 |
|---|---|
BatteryModel |
基础锂聚合物电池仿真模型，用于模拟电池电压、剩余容量特性 |
FaultParamsExtract |
从故障输入总线中提取指定故障的故障标识和参数值 |
PropellerFault |
螺旋桨故障注入模块，支持螺旋桨卡滞、效率损失等故障配置 |
ActuatorFault |
舵机/电机执行器故障注入模块，支持偏置、卡死、效率损失等故障 |
注意事项与常见问题¶
- 初始化顺序：本模块需要依赖RflySim底层PHM故障框架完成故障注入初始化，必须将BatteryFault模块的故障输入端口连接到顶层故障管理模块输出后再启动仿真，直接断开FaultIn端口仿真会导致故障参数无法正确解析，输出结果异常。
- 采样时间匹配：本模块的电池容量、电压计算依赖时间差积分，模块采样时间需要和飞控输出的PWM输入信号采样时间保持一致，采样时间不匹配会导致续航计算误差偏大，故障触发时间出现偏移。
- 故障参数格式：输入FaultIn总线的故障ID和参数需要符合PHM框架约定格式，其中电池失效故障无额外参数，低电压、低电量故障分别需要传入1个对应比例参数，参数格式错误会导致本模块无法正确识别故障类型，不会触发对应故障效果。
- 比例参数范围：剩余电压比例
remainVoltageRatio和剩余电量比例remainCapacityRatio有效范围为(0,1]，传入0或负数会导致电池输出电压异常，可能引发无人机仿真模型发散崩溃；若设置为1则不会产生对应故障效果。 - 多电机配置：输入的电机数量参数需要和当前多旋翼无人机的实际电机个数一致，不匹配会导致总放电电流计算错误，剩余容量下降速率不符合实际规律。
- 自定义悬停时间：开启
isUseCustomHovTime后，模块会使用输入的CustomHovTime作为基准计算续航，不再使用模块内部参数的标准悬停时间，需要确保自定义悬停时间符合所使用电池的实际参数，否则容量计算会出现系统性偏差。
更新日志¶
v4.10(2024-07-24): 初始版本发布，支持电池失效、低电压、低电量三类电池故障的注入与参数解析，集成锂聚合物电池电压、剩余容量与效率比仿真功能