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《哈尔滨工业大学》 2008年
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基于气路参数样本的航空发动机状态监视方法与系统研究

栾圣罡  
【摘要】: 航空发动机是飞机的动力核心,其结构复杂、工作环境恶劣,是飞机的主要故障来源,其健康状态的好坏直接影响着飞行安全和航空公司的效益。本文在国家自然科学基金(项目号: 60572174)及中国国际航空公司(国航)科研基金的资助下,研究了基于气路参数的民用航空发动机健康状态监视方法及其系统。 发动机气路参数样本本质上是一种混有较强随机噪声的时间序列,经常出现孤立突变数据和趋势突变数据等异常。小波变换是一种多尺度时-频分析工具,对于数据点突变和数据趋势突变等局部特征都能很好地描述,十分适合处理非平稳的发动机气路参数时间序列并识别其异常数据。为了提高发动机性能数据的可用性,及时识别发动机的异常状态并准确恢复原数据,论文提出了基于信号连续小波变换模极大曲线搜索的信号突变识别及重构方法,该方法可以在识别数据突变的同时有效地抑制随机噪声,进而有效地恢复真实信号。为了解决采用连续小波变换带来的运算速度问题,给出了基于傅里叶变换的信号连续小波变换与反演的快速算法。通过仿真算例研究了边沿效应及小波变换模极大曲线搜索过程中可能出现的伪模极大曲线等问题的处理方法,籍此提高突变数据识别及信号重构的准确性。发动机气路参数数据预处理的实例表明,所提出的方法能有效地恢复发动机性能参数数据,其信号重构效果优于一般的小波软阈值降噪方法。 为解决复杂系统状态预测模型难以建立且预测精度难以保证的问题,提出了一种混合递归过程神经网络。设计了网络的拓扑结构,通过引入一组合适的正交基函数对网络的输入函数和连接权函数进行展开,实现了网络的简化。给出了一种基于弹性BP算法的混合递归过程神经网络学习算法。将网络与几种传统神经网络分别应用到Mackey-Glass混沌时间序列预测中,验证了网络的有效性。最后将上述网络分别应用到航空发动机气路参数预测的具体问题中,对比结果表明,混合递归过程神经网络在这一问题中有更好的工程可用性,是一种有效的发动机健康状态监视工具。 针对基于最小二乘理论的传统数据拟合方法在求解双随机变量间的函数关系时的不适应性问题,提出了一种可同时考虑双拟合变量的随机噪声影响的欧氏距离最小二乘支持向量回归方法,给出了基于Matlab二次规划工具箱的实现算法。通过实例验证了该方法在发动机性能趋势分析中的有效性。另外,由于拟合不同的发动机性能参数的时间序列数据可能需要不同的拟合方法,简要地提出了基于多阶次多项式回归算法的发动机性能参数时间序列数据拟合方法。 层次分析法是一种实用有效的多准则决策方法,但其判断矩阵的确定需进行一致性检验,同时,其对于评价指标观测值的评分准则一般由专家凭经验给出,带有很强的不确定性。为此,提出一种灰色层次分析法,该方法将判断矩阵的拟优一致化求解方法与灰色聚类评价理论相结合,有效地克服了层次分析法的上述缺点。针对发动机状态综合评价问题,建立了发动机状态综合评价指标体系;基于拟优一致判断矩阵求取了发动机状态的各评价指标综合权值;对发动机状态的各评价指标进行了灰类划分,并基于三角权函数对评价指标所表征的发动机实际状态观测值进行评分。最后给出了一个发动机状态综合评价问题的示例,结果表明了方法的有效性。 从国航发动机健康状态监视及工程管理这一应用背景出发,进行了软件开发需求分析,系统功能模型、数据模型和体系结构的设计。综合本文提出的几种发动机性能监视和健康状态综合评价方法,开发了面向航空发动机全寿命管理的发动机健康状态监视软件系统。系统包括发动机维护及状态监视信息管理、发动机状态趋势分析、发动机状态参数超限自动报警、发动机状态综合评价及发动机拆换期预报等功能模块。该系统作为“发动机全寿命管理系统”的重要组成部分已被应用于国航的发动机健康状态监视工作中,测试结果表明了系统的有效性。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:V263.6

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 宋海鹰;桂卫华;阳春华;;基于最小二乘支持向量机的Hammerstein-Wiener模型辨识[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 ;Inverse System Control of Nonlinear Systems Using LS-SVM[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 ;A Novel Proximal Support Vector Machine and Its Application in Radar Target Recognition[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 ;A CDMA Signal Receiver Based on LS-SVM[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 刘志斌;金连文;;候选字静态生成技术及其在两级LDA汉字识别中的应用[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 张彬;金连文;;基于AdaBoost的手写体汉字相似字符识别[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 顾小军;杨世锡;钱苏翔;;基于支持向量机的旋转机械多类故障识别研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
9 吕蓬;柳亦兵;马强;魏于凡;;支持向量机在齿轮智能故障诊断中的应用研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
10 梁禹;王义刚;王娜;;基于支持向量机的电力电子电路故障诊断[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵莹;半监督支持向量机学习算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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3 母丽华;煤矿安全预警系统的方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 徐悦竹;机会发现算法及其应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 梁洪;基于内容的医学图像检索及语义建模关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 任桢;图像分类任务的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 殷志伟;基于统计学习理论的分类方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 朱广平;混响干扰中的信号检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
9 孔凡芝;引线键合视觉检测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
10 王咏胜;复数轮廓波变换的构造、扩展及其图像处理应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杜金龙;土地利用变化及其对生态系统服务价值影响研究[D];华中农业大学;2010年
2 曾传华;基于颜色和纹理特征的竹条分级方法研究[D];华中农业大学;2010年
3 展慧;基于多源信息融合技术的板栗分级检测方法研究[D];华中农业大学;2010年
4 杜二玲;拟概率空间上等均值噪声下统计学习理论的理论基础[D];河北大学;2007年
5 朱杰;一种基于聚类的支持向量机反问题求解算法[D];河北大学;2007年
6 何慧娟;基于多传感器的移动机器人障碍物检测与定位研究[D];安徽工程大学;2010年
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8 廖甜甜;白细胞图像语义识别分类的研究[D];南昌航空大学;2010年
9 李华英;航空发动机多变量鲁棒控制方法研究[D];南昌航空大学;2010年
10 黄正荣;基于振动波的高速公路车辆行驶状态辨识理论研究[D];南昌航空大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 杨虞微;现代航空燃气涡轮发动机故障分析与智能诊断关键技术研究[D];南京航空航天大学;2007年
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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【相似文献】
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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4 中航工业商发分党组书记 王之林;用“市场之手”谋划商用航空发动机产业[N];中国航空报;2010年
5 本报记者 姜春艳;甘晓华表示: 航空发动机有望列为国家重大科技专项[N];中国航空报;2011年
6 记者 罗沙 任沁沁;国产航空发动机有望列入重大科技专项[N];新华每日电讯;2011年
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8 记者 李思闽;中航工业召开航空发动机人才队伍建设工作座谈会[N];中国航空报;2011年
9 记者 焦静波;中航工业贵阳航空发动机产业基地奠基[N];中国航空报;2009年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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8 栾圣罡;基于气路参数样本的航空发动机状态监视方法与系统研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
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10 张学秋;航空发动机整体叶盘焊接变形的理论研究与虚拟优化[D];哈尔滨工业大学;2009年
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1 彭云飞;航空发动机状态参数处理技术及其应用研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
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7 李华英;航空发动机多变量鲁棒控制方法研究[D];南昌航空大学;2010年
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10 王德明;航空发动机外场可靠性信息及可靠性研究[D];吉林大学;2005年
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