[發明專利]一種渦扇發動機剩余壽命預測方法

在審

• 申請號: 202110720208.0
• 申請日: 2021-06-28
• 公開（公告）號: CN113449472A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 劉曉東;楊京禮
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08;G06N20/20;G06F119/04
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張宏威

本發明提出了一種渦扇發動機剩余壽命預測方法，將渦扇發動機的性能退化過程分為：有效工作階段、緩慢退化階段、快速退化階段；對從傳感器獲得的狀態監測數據處理，進行歸一化處理，并利用主成成分分析降維；計算降維信號的排列熵，利用排列熵提取性能退化特征，識別退化階段；根據識別的不同性能退化階段，選擇不同的預測模型，進行分段預測；與現有技術相比，可以有效地提高渦扇發動機剩余壽命預測的準確性，減小壽命預測的誤差，為發動機視情維修提供依據。

技術領域

本發明屬于故障預測與健康管理技術領域的，具體地，涉及一種渦扇發動機剩余壽命預測方法。

背景技術

扇發動機的維修方式主要以定時維修方式為主，按照廠家確定的維修時間進行維修。定時維修方式沒有考慮渦扇發動機因運行環境不同而導致的失效時間不同的情況，從而造成了相應的過度維修，帶來部件資源浪費和維護費用增加。采用視情維修的方式可以避免過度維修，當渦扇發動的剩余壽命不能保證渦扇發動機正常運行的情況下，開展渦扇發動機的維修工作，提高渦扇發動機維護效率、降低維護費用。視情維修的前提是需要知道發動機的剩余壽命，因此，需要具有良好的渦扇發動機剩余壽命預測方法。

渦扇發動機的性能退化過程通常會經歷不同的階段，如有效工作階段、緩慢退化階段、快速退化階段等。渦扇發動機在剛開始運行時，渦扇發動機性能退化不明顯，在緩慢退化階段，損傷增長的速度較慢，而在快速退化階段，損傷增長的速度迅速加快，如果不區分各性能退化階段，用單一的壽命預測模型預測不同退化階段的剩余壽命，則可能造成較大的壽命預測誤差。

發明內容

本發明針對現有技術沒有區分各性能退化階段，可能造成較大的壽命預測誤差的問題，提出了一種渦扇發動機剩余壽命預測方法，根據發動機性能退化階段不同，選擇不同的預測模型，可以有效地提高渦扇發動機剩余壽命預測的準確性，為發動機視情維修提供依據。

本發明是通過以下方案實現的：

一種渦扇發動機剩余壽命預測方法：

一種渦扇發動機剩余壽命預測方法：

將渦扇發動機的性能退化過程分為3個階段：階段1為有效工作階段、階段2為緩慢退化階段、階段3為快速退化階段；

所述預測方法包括以下步驟：

步驟1、對從傳感器獲得的狀態監測數據處理，進行歸一化處理，并利用主成成分分析降維；

步驟2、計算降維信號的排列熵，利用排列熵提取性能退化特征，識別退化階段；

步驟3、根據識別的不同性能退化階段，選擇不同的預測模型，進行分段預測。

進一步地：在步驟一中：

步驟1.1、利用C-MAPSS模擬器生成渦扇發動機狀態監測數據；采用最大最小歸一法對渦扇發動機狀態監測數據進行無量綱化處理，將各狀態監測參數的數據大小限定在[0,1]之間，最大最小歸一化的公式如下：

式中，為無量綱化的參數，為列中最小的值，為列中最大的值；

步驟1.2、采用主成分分析的方法對數據進行降維；

設x¹,x₂,...,x_n表示渦扇發動機使用的傳感器采集的n次數據中的每個向量，其中，每個向量都有m個變量，對應渦扇發動機操作參數和狀態監測參數，變量組成一個初始數據集矩陣X，即：

式中，X_i＝(x_1i,x_2i,...,x_ni)^T,i＝1,2,...,m；