[發(fā)明專利]一種基于CNN與SVM的民航發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障診斷方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810763325.3
• 申請(qǐng)日: 2018-07-12
• 公開（公告）號(hào): CN109115501A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘詩勝;付旭云;張永健;付松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
• 主分類號(hào): G01M15/00
• 分類號(hào): G01M15/00;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 北京格允知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11609
• 代理人: 周嬌嬌;李亞東

本發(fā)明涉及一種基于CNN與SVM的民航發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障診斷方法，包括獲取民航發(fā)動(dòng)機(jī)氣路狀態(tài)數(shù)據(jù)；構(gòu)造訓(xùn)練集和測(cè)試集；利用訓(xùn)練集對(duì)CNN模型進(jìn)行訓(xùn)練；利用訓(xùn)練完成的CNN模型對(duì)測(cè)試集中的樣本進(jìn)行特征挖掘，組成測(cè)試樣本特征集；利用測(cè)試樣本特征集訓(xùn)練SVM對(duì)各種故障進(jìn)行分類；將待診斷的民航發(fā)動(dòng)機(jī)氣路狀態(tài)數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練完的CNN模型得到待測(cè)樣本特征，并利用所述SVM進(jìn)行分類，得到氣路故障類型。本發(fā)明利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接對(duì)矩陣進(jìn)行處理，既考慮了輸入?yún)?shù)隨時(shí)間變化的關(guān)系，又考慮了輸入?yún)?shù)之間的關(guān)系；同時(shí)利用SVM進(jìn)行分類，很好地解決了民航發(fā)動(dòng)機(jī)故障樣本不足的局限，能夠有效且準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)民航發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障診斷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及民航發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于CNN與SVM的民航發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障診斷方法。

背景技術(shù)

民航發(fā)動(dòng)機(jī)氣路狀態(tài)數(shù)據(jù)是典型的多維時(shí)間序列數(shù)據(jù)，對(duì)民航發(fā)動(dòng)機(jī)氣路進(jìn)行故障診斷時(shí)，需要綜合各個(gè)監(jiān)控的氣路性能參數(shù)的變化趨勢(shì)，才能得到更為精確的故障診斷。通過對(duì)民航發(fā)動(dòng)機(jī)制造商(Original Equipment Manufacturer,OEM)反饋給航空公司的客戶通知報(bào)告(Customer Notification Report,CNR)可發(fā)現(xiàn)，OEM廠家主要是利用排氣溫度變化量(Delta Exhaust Gas Temperature,DEGT)、排氣溫度裕度變化量(Exhaust GasTemperature Margin,EGTM)、核心機(jī)轉(zhuǎn)速變化量(Delta Core Speed,DN2)、燃油流量變化值(Delta Fuel Flow,DFF)四個(gè)性能參數(shù)，對(duì)民航發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障進(jìn)行診斷。

圖1a至圖1d所示為一個(gè)民航發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生HPT葉片燒蝕故障時(shí)的各性能參數(shù)的變化圖。圖1a中T₁表示發(fā)動(dòng)機(jī)被OEM廠家確定為開始出現(xiàn)異常時(shí)的循環(huán)點(diǎn)，T₂表示發(fā)動(dòng)機(jī)被OEM廠家診斷為故障的循環(huán)點(diǎn)；A點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)被診斷為故障時(shí)各性能參數(shù)的值，B點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)開始發(fā)生異常時(shí)各參數(shù)性能參數(shù)的值；表示T₂時(shí)刻和T₁時(shí)刻之間間隔的飛行循環(huán)數(shù)。從圖1a至圖1d中可以看出，從T₁時(shí)刻到T₂時(shí)刻，當(dāng)民航發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生HPT葉片燒蝕故障時(shí)，氣路性能參數(shù)變化趨勢(shì)均發(fā)生了顯著的變化，其中DEGT持續(xù)減小、EGTM持續(xù)增大、DFF持續(xù)減小以及DN2持續(xù)增大，對(duì)于同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，是相同的。根據(jù)上述分析思路，對(duì)其他故障類型進(jìn)行相同的分析，得到氣路故障類型和氣路監(jiān)控性能參數(shù)的變化趨勢(shì)的關(guān)系如表1所示。

表1民航發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障類型與各性能參數(shù)變化趨勢(shì)關(guān)系表

其中，EGT Index代表排氣溫度指示故障，TAT Index代表進(jìn)口總溫指示故障，HPT_Blade代表HPT葉片燒蝕故障。

結(jié)合圖1a至圖1d和表1可知，對(duì)民航發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障進(jìn)行診斷時(shí)，不僅需要考慮性能參數(shù)關(guān)于時(shí)間序列的變化趨勢(shì)，還需要考慮參數(shù)間的相互變化關(guān)系。但僅憑故障類型和監(jiān)控參數(shù)變化趨勢(shì)之間的關(guān)系進(jìn)行故障診斷并不準(zhǔn)確，如圖2所示為某型號(hào)民航發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生EGT指示故障時(shí)性能參數(shù)DEGT和EGTM的變化趨勢(shì)，僅根據(jù)表1參數(shù)變化趨勢(shì)的對(duì)應(yīng)關(guān)系無法判斷該臺(tái)民航發(fā)動(dòng)機(jī)是否發(fā)生故障，而OEM廠家卻診斷出該臺(tái)民航發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)EGT指示故障。因此，為了提高民航發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障診斷的精確度以及診斷模型泛化性，需要對(duì)民航發(fā)動(dòng)機(jī)氣路狀態(tài)特征進(jìn)行深度挖掘，得到民航發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)生故障時(shí)的深度特征，以提高對(duì)故障類型的辨識(shí)度。

但目前大多數(shù)故障診斷方法只能對(duì)向量進(jìn)行輸入，因此需要將民航發(fā)動(dòng)機(jī)氣路狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行向量化(序列化)后，才能運(yùn)行計(jì)算進(jìn)行診斷，如圖3所示。將民航發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行序列化后，顯然丟失了不同性能參數(shù)之間的變化關(guān)系，即丟失了相關(guān)性Cr，而性能參數(shù)間的關(guān)系對(duì)民航發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)判斷具有很大影響。