[發(fā)明專(zhuān)利]航空發(fā)動(dòng)機(jī)剩余壽命預(yù)測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911064237.5
• 申請(qǐng)日: 2019-11-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110807257A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 牛彩云;賈祥;柳冬林;陳英武;郭波
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06N3/04;G06N3/08;G06F119/04
• 代理公司: 長(zhǎng)沙國(guó)科天河知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43225
• 代理人: 周達(dá)

1.一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)剩余壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括：

獲取歷史航空發(fā)動(dòng)機(jī)失效數(shù)據(jù)，形成訓(xùn)練集X_N×V×L，其中，N表示航空發(fā)動(dòng)機(jī)樣本個(gè)數(shù)，V表示航空發(fā)動(dòng)機(jī)中各傳感器搜集到的監(jiān)測(cè)變量個(gè)數(shù)，L_n表示N個(gè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)樣本中的第n個(gè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)樣本n的監(jiān)測(cè)軌跡長(zhǎng)度；

對(duì)V個(gè)監(jiān)測(cè)變量進(jìn)行特征選擇，得到F個(gè)監(jiān)測(cè)變量；對(duì)F個(gè)監(jiān)測(cè)變量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，將標(biāo)準(zhǔn)化處理后的變量做一階差分運(yùn)算生成新的變量，得到發(fā)動(dòng)機(jī)性能退化數(shù)據(jù)集的三維矩陣形式X_N×2F×L；

構(gòu)建帶有注意力機(jī)制的雙向LSTM網(wǎng)絡(luò)，將X_N×2F×L按照監(jiān)測(cè)變量X和剩余壽命RUL之間的映射關(guān)系來(lái)構(gòu)建樣本的輸入和輸出，并用于訓(xùn)練帶有注意力機(jī)制的雙向LSTM網(wǎng)絡(luò)，得到訓(xùn)練好的航空發(fā)動(dòng)機(jī)剩余壽命預(yù)測(cè)模型；

對(duì)于待進(jìn)行剩余壽命預(yù)測(cè)的在役航空發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建出測(cè)試樣本的輸入，形成測(cè)試集；將構(gòu)建的測(cè)試集輸入到訓(xùn)練好的航空發(fā)動(dòng)機(jī)剩余壽命預(yù)測(cè)模型中，得到在役航空發(fā)動(dòng)機(jī)的剩余壽命預(yù)測(cè)值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)剩余壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，對(duì)V個(gè)監(jiān)測(cè)變量進(jìn)行特征選擇是指，刪除V個(gè)監(jiān)測(cè)變量中的常值變量，保留趨勢(shì)性變量，得到F個(gè)監(jiān)測(cè)變量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)剩余壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，對(duì)F個(gè)監(jiān)測(cè)變量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理是指：按照“最小-最大”歸一化方法將選取的F個(gè)監(jiān)測(cè)變量歸一化到[-1,1]的范圍內(nèi)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)剩余壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，構(gòu)建樣本的輸入和輸出方法是：對(duì)X_N×2F×L中的數(shù)據(jù)采用窗口滑動(dòng)法構(gòu)建出樣本的輸入，且其對(duì)應(yīng)輸出的標(biāo)簽即剩余壽命RUL根據(jù)分階線性函數(shù)進(jìn)行修正，最終將得到成對(duì)的樣本的輸入和輸出。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)剩余壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，監(jiān)測(cè)變量X和剩余壽命RUL之間的映射關(guān)系，表示如下：

f:X→RULi.e.,RUL(t)＝f(X_t-s+1,X_t-s+2,…,X_t)

其中，t表示時(shí)刻，s表示時(shí)間步，X_i,i＝t-s+1,…,t表示時(shí)刻i所對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其長(zhǎng)度為2F的向量形式。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)剩余壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，還包括對(duì)測(cè)試集預(yù)測(cè)結(jié)果評(píng)估的方法，采用均方差根RMSE和得分函數(shù)Score兩個(gè)指標(biāo)對(duì)測(cè)試集預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估：

其中，n表示測(cè)試集中測(cè)試樣本的個(gè)數(shù)，d_i＝RUL_i′-RUL_i表示測(cè)試集中第i個(gè)測(cè)試樣本預(yù)測(cè)值和真實(shí)值之間的誤差。

7.一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)剩余壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括：

數(shù)據(jù)采集模塊，用以獲取歷史航空發(fā)動(dòng)機(jī)失效數(shù)據(jù)，形成訓(xùn)練集；

特征選擇模塊，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)變量進(jìn)行特征選擇，刪除常值變量，保留趨勢(shì)性變量；

標(biāo)準(zhǔn)化處理模塊，用于對(duì)特征選擇模塊輸出的趨勢(shì)性變量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；

一階差分模塊，用于將標(biāo)準(zhǔn)化處理后的變量做一階差分運(yùn)算生成新的變量，得到發(fā)動(dòng)機(jī)性能退化數(shù)據(jù)集的三維矩陣形式；

訓(xùn)練模塊，構(gòu)建帶有注意力機(jī)制的雙向LSTM網(wǎng)絡(luò)，將一階差分模塊輸出的三維矩陣形式的發(fā)動(dòng)機(jī)性能退化數(shù)據(jù)集按照監(jiān)測(cè)變量和剩余壽命之間的映射關(guān)系來(lái)構(gòu)建樣本的輸入和輸出，并用于訓(xùn)練帶有注意力機(jī)制的雙向LSTM網(wǎng)絡(luò)，得到訓(xùn)練好的航空發(fā)動(dòng)機(jī)剩余壽命預(yù)測(cè)模型；

預(yù)測(cè)模塊，對(duì)于待進(jìn)行剩余壽命預(yù)測(cè)的在役航空發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建出測(cè)試樣本的輸入，形成測(cè)試集；將構(gòu)建的測(cè)試集輸入到訓(xùn)練好的航空發(fā)動(dòng)機(jī)剩余壽命預(yù)測(cè)模型中，得到在役航空發(fā)動(dòng)機(jī)的剩余壽命預(yù)測(cè)值。