[發(fā)明專(zhuān)利]基于深度卷積生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的發(fā)動(dòng)機(jī)喘振信號(hào)模擬方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011232602.1
• 申請(qǐng)日: 2020-11-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112528553A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張興龍;吳宋偉;張?zhí)旌?/a>;黃向華;盛漢霖
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/27
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/27;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 南京君陶專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32215
• 代理人: 嚴(yán)海晨

本發(fā)明提出一種基于深度卷積生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的發(fā)動(dòng)機(jī)喘振信號(hào)模擬方法，屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)穩(wěn)定性控制領(lǐng)域。其步驟為：（1）采集不同喘振特征的真實(shí)喘振壓力信號(hào)樣本；（2）對(duì)壓力信號(hào)樣本進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，并根據(jù)喘振信號(hào)的特征劃分訓(xùn)練集；（3）構(gòu)建生成網(wǎng)絡(luò)G和判別網(wǎng)絡(luò)D，組成深度卷積生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行訓(xùn)練；（5）生成隨機(jī)噪聲輸入生成網(wǎng)絡(luò)G，得到接近真實(shí)喘振信號(hào)的喘振壓力模擬信號(hào)。本發(fā)明根據(jù)真實(shí)喘振壓力信號(hào)對(duì)深度卷積生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，借助生成網(wǎng)絡(luò)G與判別網(wǎng)絡(luò)D的動(dòng)態(tài)博弈過(guò)程，最終生成無(wú)限接近真實(shí)的喘振壓力模擬信號(hào)以用于喘振檢測(cè)裝置和消喘控制系統(tǒng)的驗(yàn)證，有效解決了逼喘試驗(yàn)成本高且信號(hào)特征覆蓋窄的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于深度卷積生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的發(fā)動(dòng)機(jī)喘振信號(hào)模擬方法，屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)穩(wěn)定性控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

喘振作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的典型氣動(dòng)不穩(wěn)定流態(tài)，表現(xiàn)為通過(guò)系統(tǒng)的流量和壓氣機(jī)出口壓力等參數(shù)都隨著時(shí)間在發(fā)動(dòng)機(jī)軸向上作低頻脈動(dòng)。這種低頻脈動(dòng)使得發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和性能大大降低，不穩(wěn)定氣流微團(tuán)的振動(dòng)給壓氣機(jī)葉片附加額外的振動(dòng)負(fù)荷，而氣動(dòng)失穩(wěn)導(dǎo)致的渦輪前溫度上升則給發(fā)動(dòng)機(jī)葉片附加了額外的熱負(fù)荷。振動(dòng)負(fù)荷與熱負(fù)荷大大加速了發(fā)動(dòng)機(jī)的老化，縮短發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)成本。在嚴(yán)重的情況下，還將引起發(fā)動(dòng)機(jī)故障，從而導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。

在喘振檢測(cè)裝置與消喘控制邏輯的研究中，要求其能夠檢測(cè)出具有不同特征的喘振信號(hào)，以驗(yàn)證喘振檢測(cè)裝置與消喘控制邏輯應(yīng)對(duì)不同發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下喘振的有效性。因此，獲得盡可能多的具有不同特征的喘振信號(hào)，對(duì)考核檢測(cè)控制裝置的準(zhǔn)確性和可靠性具有重要意義。

目前，工程上喘振信號(hào)主要由壓氣機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的逼喘試驗(yàn)獲得：壓氣機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在某一工況時(shí)，采用增加進(jìn)口畸變或主燃油量激增等方式對(duì)其進(jìn)行逼喘，通過(guò)高頻響傳感器記錄下喘振時(shí)的相關(guān)壓力參數(shù)，試驗(yàn)過(guò)程中存在著難以調(diào)整試驗(yàn)參數(shù)，單次試驗(yàn)獲得的喘振信號(hào)特征單一且不可控的問(wèn)題。因此，通過(guò)逼喘試驗(yàn)獲得喘振信號(hào)既耗費(fèi)大量的人力、物力，而且特征覆蓋面窄，難以滿(mǎn)足全面驗(yàn)證喘振檢測(cè)裝置的要求。

在喘振信號(hào)模擬的研究方面，公開(kāi)號(hào)為CN104239614A的專(zhuān)利公開(kāi)了一種壓氣機(jī)氣動(dòng)失穩(wěn)信號(hào)的模擬方法，能夠在數(shù)值模擬或解析數(shù)值模擬獲得的少量氣動(dòng)失穩(wěn)信號(hào)基礎(chǔ)上，采用數(shù)乘變換、展縮變換、平移變換和時(shí)域疊加等運(yùn)算，產(chǎn)生大量的涵蓋不同頻率、幅值、失速先兆模式等特征的氣動(dòng)失穩(wěn)信號(hào)，但該方法生成的喘振信號(hào)僅為小樣本失穩(wěn)信號(hào)、衰減正弦信號(hào)、半正弦脈沖信號(hào)和噪聲的疊加，無(wú)法保證與真實(shí)喘振信號(hào)的相似度；公開(kāi)號(hào)為CN102636247A的專(zhuān)利公開(kāi)了一種壓氣機(jī)喘振檢測(cè)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，能夠?qū)⒁延械拇竦臄?shù)字信號(hào)復(fù)現(xiàn)為動(dòng)態(tài)壓力，更接近喘振時(shí)的真實(shí)情況，但依然沒(méi)能解決難以獲取大量喘振信號(hào)樣本的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出的是一種基于深度卷積生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的喘振信號(hào)生成方法，其目的在于解決發(fā)動(dòng)機(jī)喘振信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)樣本量不足以及準(zhǔn)確性低的問(wèn)題，通過(guò)深度卷積生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建一種可以生成喘振信號(hào)的生成式對(duì)抗模型。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：

基于深度卷積生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的喘振信號(hào)生成方法，具體步驟包括：

1）通過(guò)逼喘試驗(yàn)采集不同喘振特征的真實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)喘振信號(hào)數(shù)據(jù)；

2）對(duì)步驟1）所采集真實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)喘振信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，獲得真實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)喘振信號(hào)的訓(xùn)練集x；

3）搭建深度卷積生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)輸入的真實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)喘振信號(hào)進(jìn)行訓(xùn)練；

4）計(jì)算回歸模型，得到無(wú)限接近于真實(shí)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)喘振信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述步驟2）中對(duì)真實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)喘振信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行“類(lèi)圖像化”處理，具體包括以下步驟：

步驟2-1，采用基于Mallat算法的多分辨率分析，對(duì)真實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)喘振信號(hào)進(jìn)行N層分解，N為小波分析層數(shù)；得到近似系數(shù)和細(xì)節(jié)系數(shù)，其中；