[發明專利]一種基于NSCT和DM的飛機環控系統控制組件性能退化評估方法

有效

• 申請號: 202010098234.X
• 申請日: 2020-02-18
• 公開（公告）號: CN111308985B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 程玉杰;宋登巍;曾繼炎;呂琛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 北京京萬通知識產權代理有限公司 11440
• 代理人: 萬學堂

1.一種基于非下采樣輪廓波變換NSCT和擴散映射DM的飛機環控系統控制組件性能退化評估方法，其特征是：該方法所針對的對象是飛機環控系統控制組件，該方法的步驟如下：

步驟一、針對該對象，利用正常狀態下系統輸入和輸出信號訓練RBF觀測器，并獲取正常狀態殘差，然后，在飛機環控系統控制組件性能退化狀態下，將系統退化狀態下的系統輸入和輸出信號送入觀測器，獲取性能退化狀態的殘差；

步驟二、針對正常狀態殘差和退化狀態殘差，利用基于時序排列的殘差信號等效圖像變換方法，將殘差信號轉換為正常狀態和退化狀態下的等效圖像；

步驟三、針對正常狀態和退化狀態下的等效圖像，利用NSCT開展多尺度和多方向分解，從而針對等效圖像提取特征，構建正常特征向量和退化特征向量；

步驟四、針對正常特征向量和退化特征向量，利用DM算法實現高維特征向量向低維特征向量的投影變換，從而實現高維特征點向低維空間的流形降維；

步驟五、針對性能退化本征流形，計算性能退化狀態特征點與正常健康特征點之間的測地線距離，并將其歸一化為健康度CV，實現控制系統環控組件的性能退化評估；

其中：步驟二所述的基于時序排列的殘差信號等效圖像變換方法，包括：

(1)采用時間滑窗對正常和退化殘差信號進行分段截取，從而獲取若干段連續的殘差數據；

(2)針對若干段連續的殘差數據，對其進行統一歸一化處理；

(3)針對每一段歸一化后的殘差數據，利用時序數據排列方法將向量轉換為矩陣，將矩陣中歸一化后的殘差數值作為像素值，以此獲取殘差數據等效圖像；該方法可完全保留原始殘差信號中的健康和性能退化信息。

2.根據權利要求1所述的一種基于非下采樣輪廓波變換NSCT和擴散映射DM的飛機環控系統控制組件性能退化評估方法，其特征在于：

步驟三所述的性能退化特征提取方法，首先利用NSCT開展多尺度多方向分解，提取正常和性能退化狀態下的低頻子帶系數和高頻子帶系數；針對低頻系數，提取均值和方差特征，針對高頻系數，提取能量特征，進而構建正常和性能退化狀態下的特征向量從而實現多尺度多方向的穩定故障特征的自動提取。

3.根據權利要求1所述的一種基于非下采樣輪廓波變換NSCT和擴散映射DM的飛機環控系統控制組件性能退化評估方法，其特征在于：

步驟四所述的退化特征流形降維方法，利用DM算法建立映射函數，其輸入為正常和故障狀態下的高維特征向量，輸出為二維或三維特征向量，從而實現在低維空間中環控系統控制組件的性能退化規律挖掘，以及性能退化規律的可視化。

4.根據權利要求1所述的一種基于非下采樣輪廓波變換NSCT和擴散映射DM的飛機環控系統控制組件性能退化評估方法，其特征在于：

步驟五所述的性能退化評估方法，首先計算性能退化特征點和健康狀態特征點間的測地線距離，實現環控系統控制組件的性能退化程度的精確度量；進而利用歸一化公式將測地線距離歸一化為CV值，實現對環控系統控制組件性能退化狀態的有效表征；其中，c₀是尺度參數，保證環控系統控制組件越接近于正常狀態時，其CV值越接近于1；定義其中CV_health為系統健康時的CV值，設定在0.90到0.99之間，具體數值取決于工程實際要求；geo_int為健康狀態下的初始測地線距離，定義為第二個特征點與第一個特征點間的測地線距離；geo代表測地線距離。