[發明專利]一種航空發動機氣路故障的融合診斷方法

有效

• 申請號: 201410380666.4
• 申請日: 2014-08-04
• 公開（公告）號: CN104200062B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 魯峰;王亞凡;黃金泉
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G01M15/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明涉及航空發動機故障診斷領域，尤其涉及一種航空發動機傳感器故障和氣路故障的融合診斷方法。

背景技術

航空發動機工作在高溫、高速、強振動、大應力的惡劣環境下，發動機的工作狀態經常變換，承受變載荷，對安全性與可靠性要求極高。由于發動機的制造、工藝水平和材料，以及后期的使用、維護和管理水平的限制，設計制造和使用維修成本高昂，因此發動機的健康管理和視情維護對于發動機安全、可靠和經濟性能起著至關重要的作用。發動機健康管理是指對發動機的工作狀態進行監視，相應的做出故障診斷與隔離，確定異常后進行保養和維修。目前在發動機總體故障中，發動機氣路部件性能故障約占90％以上，因此，發動機氣路健康管理在發動機健康管理中具有顯著的實用價值。典型的氣路部件健康診斷方法包括基于模型的、數據驅動的和基于規則的方法，其中基于數據驅動和基于規則的方法對發動機典型故障的數據和先驗知識需求較多，而實際中這些數據往往是缺乏的，因此為了充分利用發動機部件特性，基于模型的發動機氣路故障診斷成為最有效的手段。

目前，基于模型的方法中，以基于線性卡爾曼濾波算法和線性模型的氣路健康診斷最為成熟。當發動機發生氣路故障時，部件性能參數的改變將會引起可測量參數的變化，因而可以用這些可測參數的變化量來反映發動機部件性能參數的變化。將這些性能參數視為增廣的狀態變量，可利用卡爾曼濾波器對其進行最優估計。而且卡爾曼濾波器對于測量噪聲具有一定的魯棒性，能夠減輕噪聲對于估計結果的影響，計算量較小，所以卡爾曼濾波器作為故障診斷工具取得了一定的成功。

卡爾曼濾波器通過可測參數的變化量來估計發動機部件性能參數的變化，這些可測參數由分布在發動機各處的傳感器測得。高溫高壓并伴隨著強振動等因素常常導致傳感器測量值發生漂移，這樣使得傳感器的測量結果難以反映發動機的真實狀態，卡爾曼濾波器也因此難以獲得發動機部件性能參數的準確估計。因此有必要針對傳感器故障與氣路部件故障同時發生的情況，設計一種新的融合診斷方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對背景技術的缺陷，提供一種航空發動機傳感器故障和氣路故障的融合診斷方法，同時診斷發動機壽命期內傳感器故障與氣路部件故障，進而保證發動機安全可靠運行。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種航空發動機氣路故障的融合診斷方法，包括以下步驟：

步驟1),建立發動機狀態變量模型；

步驟2),采集發生氣路故障的發動機在飛行包線內進入準穩態時的風扇轉速N_L的傳感器測量值、壓氣機轉速N_H的傳感器測量值、壓氣機出口總壓P₃的傳感器測量值、內涵出口總溫T₆的傳感器測量值作為該發動機發生氣路故障時的氣路數據；

步驟3),根據得到的發動機狀態變量模型與發生氣路故障的發動機的[N_L，N_H，P₃，T₆]傳感器測量值，利用卡爾曼濾波器和類電磁機制算法，求解出最優粒子；

步驟4),根據最優粒子求得發生氣路故障的發動機的[N_L，N_H，P₃，T₆]傳感器偏置值與氣路部件健康參數。

作為本發明一種航空發動機氣路故障的融合診斷方法進一步的優化方案，所述步驟1)中建立發動機狀態變量模型的具體步驟如下：

步驟1.1)，根據發動機氣動熱力學特性和典型的部件特性數據建立發動機部件級模型；

步驟1.2)，根據建立的發動機部件級模型采用小擾動法與擬合法相結合的方法求解發動機狀態變量模型。

作為本發明一種航空發動機氣路故障的融合診斷方法進一步的優化方案，步驟3)中所述求解出最優粒子的具體步驟如下：

步驟3.1)，隨機從可行域中產生N個粒子；

步驟3.2)，計算每一個粒子的目標函數值；

步驟3.3)，針對每一個粒子，根據其目標函數值求得其電荷量；

步驟3.4)，針對每一個粒子，根據其電荷量計算出作用在該粒子上的合力；

步驟3.5)，針對每一個粒子，根據作用在該粒子上的合力計算出其移動步長，并且使該粒子以所述移動步長移動；

步驟3.6)，按照預先設定的最大迭代次數重復執行步驟3.2)至步驟3.5)；