[發(fā)明專利]航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的漂移類故障檢測方法

有效

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• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111258296B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設計）人: 劉金鑫;楊亮東;宋志平;耿佳;陳雪峰
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

本發(fā)明公開了一種航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的漂移類故障檢測方法，方法包括以下步驟：在離線情況下對航空發(fā)動機控制系統(tǒng)進行輸入，通過傳感器采集相應的輸出，基于所述輸入和所述輸出采用非線性建模以辨識控制系統(tǒng)，并作為漂移類故障檢測的基準模型，所述非線性建模包括線性的IIR濾波器和自適應樣條插值器，在控制系統(tǒng)正常運行過程中，實時觀測所述基準模型的輸出與實際控制系統(tǒng)的所述輸出之間的偏差，對所述偏差進行指數中值平滑濾波以降低噪聲干擾，根據基準模型輸出自適應確定誤差閾值，利用濾波后的偏差和所述誤差閾值對比以進行故障判別。

技術領域

本發(fā)明屬于航空發(fā)動機控制技術領域，特別是一種航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的漂移類故障檢測方法。

背景技術

航空發(fā)動機是一種深度融合了機械、熱力學、電氣、控制、材料等學科的高度復雜、高度精密的裝備。航空發(fā)動機的控制系統(tǒng)是其“大腦”，發(fā)動機控制系統(tǒng)的可靠性和安全性對航空發(fā)動機的安全運行起著至關重要的作用?？刂葡到y(tǒng)一旦發(fā)生故障，輕則減低發(fā)動機性能、重則帶來永久性損傷，造成嚴重事故。由于發(fā)動機控制系統(tǒng)組成復雜、元器件多、工作條件惡劣，導致控制系統(tǒng)故障頻發(fā)。研究航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的故障檢測方法，對于保證發(fā)動機運行安全具有重要意義。

在航空發(fā)動機控制系統(tǒng)中，漂移類故障是一種很常見的故障形式。漂移類故障是一種由于傳感器或者執(zhí)行機構性能退化導致的緩變故障，這種故障由于機理不明確、故障特征微弱，因而很難檢測。而一旦航空發(fā)動機控制系統(tǒng)出現漂移類故障，則會導致發(fā)動機性能衰退甚至造成嚴重后果。因此，針對發(fā)動機控制系統(tǒng)的漂移類故障，研究一種能夠在故障特征十分微弱的早期檢測出故障的方法具有重要意義。由于漂移類故障信號特征微弱，因此傳統(tǒng)的基于數據處理的故障檢測方法往往表現乏力。除了數據處理的檢測方法外，還有一類基于模型的故障檢測方法，后者在微弱故障的檢測方面存在很大潛力。

在背景技術部分中公開的上述信息僅僅用于增強對本發(fā)明背景的理解，因此可能包含不構成在本國中本領域普通技術人員公知的現有技術的信息。

發(fā)明內容

針對現有技術中存在的問題，本發(fā)明提出一種航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的漂移類故障檢測方法，本發(fā)明利用非線性的系統(tǒng)建模方法對控制系統(tǒng)部件進行建模，以此模型作為基準。通過實時觀測基準模型與實際控制系統(tǒng)輸出之間的偏差來進行控制系統(tǒng)故障判別。在偏差觀測的過程中，為了避免擾動對觀測結果帶來影響，對直接觀測得到的偏差進行指數中值平滑濾波處理，從而使提高偏差估計值的抗干擾能力，同時使得估計出來的偏差趨于平滑，能更好地反映出故障的演化程度。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案予以實現，一種航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的漂移類故障檢測方法包括以下步驟：

第一步驟中，在離線情況下對航空發(fā)動機控制系統(tǒng)進行輸入，通過傳感器采集相應的輸出，基于所述輸入和所述輸出采用非線性建模以辨識控制系統(tǒng)，并作為漂移類故障檢測的基準模型，所述基準模型包括線性的IIR濾波器和自適應樣條插值器，

第二步驟中，在控制系統(tǒng)正常運行過程中，實時觀測所述基準模型的輸出與實際控制系統(tǒng)的所述輸出之間的偏差，

第三步驟中，對所述偏差進行指數中值平滑濾波以降低噪聲干擾，

第四步驟中，根據基準模型輸出自適應確定誤差閾值，利用濾波后的偏差和所述誤差閾值對比以進行故障判別。

本發(fā)明的漂移類故障是一種由于傳感器或者執(zhí)行機構性能退化導致的緩變故障。

所述的方法中，第一步驟中，線性IIR濾波器輸出為

其中，a_i(i＝1，2，...，N)和bj(j＝0，1，...，M-1)為IIR濾波器系數。

所述的方法中，第一步驟中，IIR濾波器后面相連接的自適應樣條插值器接受線性IIR濾波器輸出、系統(tǒng)輸入以及系統(tǒng)輸出作為其插值輸入。