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《南京航空航天大学》 2009年
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航空发动机故障诊断的融合技术研究

鲁峰  
【摘要】: 故障诊断技术是实现航空发动机视情维护、降低使用维护成本、保证飞行安全的重要手段,已成为航空动力技术领域的研究热点。本文围绕信息融合技术开展了航空发动机故障融合诊断研究,包括发动机气路部件性能故障诊断、传感器故障融合诊断、发动机部件故障定性融合诊断、定量融合诊断和发动机部件故障交叉融合诊断。论文的主要工作和贡献如下: 1.研究了航空发动机机载自适应模型及发动机健康参数分析。根据发动机部件级模型,采用小扰动法建立稳态点线性化模型,构建大范围小偏差模型,利用卡尔曼滤波器建立了包含部件健康参数的发动机机载自适应模型。对发动机非额定工作状态性能进行了模拟,分析了气路部件性能蜕化下测量参数与部件性能参数间的关系。 2.研究了基于模型的发动机气路部件性能诊断方法和数据驱动的性能诊断方法。将单输出最小二乘支持向量回归机扩展至多输出的情况,提出多输出最小二乘支持向量回归机(MO-LSSVR)的结构和算法,并将MO-LSSVR用于构造数据驱动的发动机部件故障诊断模型,仿真表明该算法能解决多输出部件性能参数估计问题,简化了模型结构,减少了计算量。在基于模型的部件性能诊断中,将自适应遗传算法与LSSVR相结合,提出AGA-LSSVR的核参数及惩罚因子寻优方法,利用AGA-LSSVR建立发动机机载自适应模型补偿模块,减少了模型与真实发动机之间的输出误差,通过部件单故障和双重故障模拟验证了该方法有效地改善了诊断精度。 3.研究了航空发动机传感器故障融合诊断系统。提出了自协调粒子群(SPSO)算法,通过对粒子速度和位置同时自协调更新,扩大了全局搜索能力,加快了收敛速度。提出SPSO-SVR模型,采用SPSO算法优化SVR的超平面,解决了现有利用Lagrange对偶原理求解SVR最优超平面时遇到的高阶矩阵问题,使得问题更直接、更简化。设计了集监测、隔离和恢复功能的航空发动机传感器故障诊断系统,在监测模块中利用SPSO-SVR构造了传感器参数预测模型,实现了超限检查并获得传感器故障诊断结果,在重构模块中利用SPSO-SVR设计信号重构机制,实现了故障传感器的信号恢复。 4.研究了采用部件蜕化性能参数模糊化的D-S证据理论进行发动机部件故障定性融合诊断。以基于模型和数据驱动的气路部件性能诊断方法为基础,提出了在数据链路的决策层构建蜕化参数模糊化的D-S理论并行融合诊断模块对两个诊断结果进行融合,从定性的角度分析了部件故障模式的诊断,通过对发动机单、双部件故障仿真,验证了所提出的决策层并行融合诊断系统的有效性。解决了单独使用基于模型和数据驱动方法各自存在的建模误差和噪声、样本量的限制引起的数据样本的不可靠性的缺陷。 5.研究了航空发动机部件故障特征层并行定量融合诊断。提出了自调整权重的量子粒子群寻优(QPSO)算法,对航空发动机部件性能蜕化在整个连续的蜕化空间进行特征层并行融合诊断,解决了基于模型和数据驱动的连续量化融合问题。提出将进化支持向量回归机(ESVR)应用于特征层并行融合诊断,设计了发动机故障定量融合诊断系统,利用径向基网络实现了部件异常监测。通过对部件单故障、双重故障仿真,验证了QPSO自调整决策权重融合诊断和ESVR融合诊断方法,整合了以往单一诊断方法的优势,提高了诊断精度。 6.研究了航空发动机部件故障交叉融合诊断。提出了在数据链路的数据层和特征层信息进行交叉融合,以用于发动机部件故障诊断的思想。针对每一故障模式利用灰色关联度对测量信号进行分析,建立了每一故障模式对应的测量强信号的信源相关性知识库。基于部件标准故障模式灰色关联度分析及性能蜕化灰色关联度分析,设计了两层部件故障模式识别网络,实现部件故障模式有效判断。综合利用在特征层经信息强化处理的弱信号特征和数据层分类处理的强信号,最后综合利用ESVR实现两类信号的交叉融合,获得部件蜕化程度的定量诊断结果,删除了冗余输入信号,更有利于满足工程中对实时性的要求。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:V263.6

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 李明;;民航发动机气路故障诊断技术探析[J];硅谷;2013年10期
2 梁磊;徐洪志;安学利;蒋东翔;;航空发动机故障特征仿真研究[J];计算机仿真;2012年04期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 贺惠新;燃机异常检测系统的关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 孔祥天;涡扇发动机在线健康诊断技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
2 张杰;基于多源信息融合的航空发动机健康诊断技术研究[D];沈阳航空航天大学;2012年
3 杨振兴;基于快速原型的航空发动机健康管理系统研究[D];南京航空航天大学;2012年
【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4条
1 赵冲冲;基于支持向量机的旋转机械故障诊断[D];西北工业大学;2003年
2 孙卫祥;基于数据挖掘与信息融合的故障诊断方法研究[D];上海交通大学;2006年
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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6 丁玉玺;;安徽省科技与经济发展灰色关联度分析[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2008年06期
7 王东霞;张楠;路晓丽;;基于育种算法的SVM参数优化[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年04期
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9 王辉;孙世群;熊鸿斌;;城市工业废水排放量灰色预测的研究[J];安徽化工;2006年04期
10 陶秀凤,唐诗忠,周鸣争;基于支持向量机的软测量模型及应用[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2004年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 黄碧春;;灰色系统理论在建筑物变形分析中的应用[A];全国测绘科技信息网中南分网第二十五次学术交流会论文集[C];2011年
2 宋海鹰;桂卫华;阳春华;;基于核偏最小二乘的简约最小二乘支持向量机及其应用研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 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
4 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
5 姜明辉;袁绪川;;基于GA优化的个人信用评估SVM模型[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 王孝红;吴姝芹;申涛;范勇;;灰色预测控制及在篦冷机系统中的应用[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 尹春杰;孙洁君;张承慧;;一种新型的蓄电池组状态在线检测及故障预报算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 崔凯;曹卫华;吴敏;王春生;;面向综合生产目标的铅锌烧结过程智能建模与优化方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 李军亮;肖新平;毛树华;;灰色双层线性规划的粒子群解法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 韩露;余正涛;邓锦辉;章程;毛存礼;郭剑毅;;领域知识关系对领域文本分类的影响[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王晓辉;中国产业结构的动态投入产出模型分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 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
3 张涛;GPS/SINS超紧密组合导航系统的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 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
5 吕云飞;甚低频矢量水听器潜标探测系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 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
7 姜延吉;多传感器数据融合关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 魏光明;我国环境税收问题研究[D];中国海洋大学;2010年
9 赵昕;海洋灾害补偿基金设计研究[D];中国海洋大学;2010年
10 何建民;面向网络社区聆听客户声音方法研究[D];合肥工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 潘慧;杏鲍菇优良杂交子的初步选育[D];华中农业大学;2010年
2 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
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 郝春晖;先进制造系统项目风险评价研究[D];安徽工程大学;2010年
6 刘文伍;杉木树矿井瓦斯地质规律及瓦斯预测研究[D];河南理工大学;2010年
7 王晓彬;新安井田瓦斯赋存规律研究[D];河南理工大学;2010年
8 李金华;基于SVM的多类文本分类研究[D];山东科技大学;2010年
9 米帅;工程项目成本管理及绩效评价研究[D];山东科技大学;2010年
10 孙明;深井底板突水判别和预测系统开发研究[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄晓光,王永泓,翁史烈;燃气轮机监测系统的建模与实现[J];船舶工程;1999年06期
2 黄晓光,王永泓,翁史烈;燃气轮机混合智能故障诊断专家系统[J];船舶工程;2000年06期
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4 方正;张淇淳;齐玉成;;基于DSP的快速控制原型系统[J];东北大学学报(自然科学版);2009年08期
5 程道来,吴茜,吕庭彦,陈栋;国内电站故障诊断系统的现状及发展方向[J];动力工程;1999年01期
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10 蒋洪德;;加速推进重型燃气轮机核心技术研究开发和国产化[J];动力工程学报;2011年08期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 张宝珍;王萍;;预测与健康管理(PHM)技术在国外新一代战斗机发动机中的应用[A];2008年航空试验测试技术峰会论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 周瑞;基于第二代小波的机械故障信号处理方法研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
2 张鹏;基于卡尔曼滤波的航空发动机故障诊断技术研究[D];南京航空航天大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孔祥天;涡扇发动机在线健康诊断技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
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3 康文雄;JT15D-4型涡扇发动机状态监测系统设计研究[D];西北工业大学;2003年
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9 陈毅;航空发动机控制系统传感器故障诊断研究[D];南京航空航天大学;2007年
10 黄伟斌;发动机健康管理的自适应机载实时模型[D];南京航空航天大学;2007年
【二级引证文献】
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1 杨振兴;基于快速原型的航空发动机健康管理系统研究[D];南京航空航天大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 鞠万群,韩秋实;基于神经网络与规则库的故障诊断专家系统[J];北京机械工业学院学报;2001年01期
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中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 赵宇;谢劲松;;半导体器件的通用电迁移失效物理模型[A];第十一届全国可靠性物理学术讨论会论文集[C];2005年
2 孙博;谢劲松;康锐;;印制电路板镀通孔应力-应变分布的简化模型[A];第十一届全国可靠性物理学术讨论会论文集[C];2005年
3 谢劲松;;失效模型的形式与实时故障诊断预测的基本方法和技术[A];第十一届全国可靠性物理学术讨论会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 吴振锋;基于磨粒分析和信息融合的发动机磨损故障诊断技术研究[D];南京航空航天大学;2002年
2 朱大奇;航空电子设备故障诊断技术研究[D];南京航空航天大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 彭备战;信息融合技术在设备故障诊断中的应用研究[D];广东工业大学;2002年
2 李冲祥;神经网络和证据理论集成的数据融合故障诊断方法研究[D];燕山大学;2003年
3 卓刚;航空发动机智能建模与故障诊断研究[D];南京航空航天大学;2004年
【相似文献】
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1 杨慧,刘玉洁,吴俊;基于FBP神经网络的航空发动机故障诊断[J];计算机工程;2005年17期
2 江传尚;樊丁;马冲;;小波网络在某型航空发动机故障诊断中的应用[J];航空动力学报;2009年04期
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5 马婷婷;郭迎清;;基于离散小波变换的某型航空发动机故障诊断研究[J];计算机测量与控制;2010年02期
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7 姚钦;肖明清;王学奇;胡斌;;D-S证据理论在航空发动机故障诊断中的应用研究[J];弹箭与制导学报;2004年S7期
8 刘雨陇,郑东良;基于BPHP网络的航空发动机故障诊断[J];现代电子技术;2005年12期
9 张相毅;徐学邈;周敏;王如根;;基于BPHP网络的航空发动机故障诊断[J];弹箭与制导学报;2005年S7期
10 王雪飘;李学仁;吴志强;;粗SVM方法及其在发动机故障诊断中的应用[J];微计算机信息;2008年31期
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1 马晓宇;朱焕勤;张永国;费逸伟;孙世安;杨宏伟;;航空发动机监控数据采集技术研究[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集(2)[C];2008年
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8 王航;于歆杰;;遗传算法在故障诊断中应用的新方法[A];2005年中国智能自动化会议论文集[C];2005年
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1 黄安华;液压制动系统的故障诊断[N];中国汽车报;2002年
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3 洪山;斯奈克玛公司坡露未来航空发动机概念[N];中国航空报;2007年
4 骆明本报记者 帅弋;今年年底入驻金阳[N];贵阳日报;2008年
5 本报记者 车辉;比蓝天还辽阔的是他的“中国心”[N];工人日报;2009年
6 记者 杭晓宁 胡波 通讯员 吴文生;“昆仑”涡喷航空发动机通过国家鉴定[N];中国航空报;2002年
7 钟强;2006年航空发动机制造走向[N];中国航空报;2006年
8 张雨;黎阳航空发动机公司万名员工有了年金[N];中国劳动保障报;2007年
9 记者 何晓亮;铸就中国航空之“心”[N];科技日报;2010年
10 本报记者 付毅飞;忠诚并执着[N];科技日报;2009年
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1 鲁峰;航空发动机故障诊断的融合技术研究[D];南京航空航天大学;2009年
2 胡友强;数据驱动的多元统计故障诊断及应用[D];重庆大学;2010年
3 宋其江;基于有向图模型的故障诊断方法研究及其在航天中的应用[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 陈非;基于过程信息融合的旋转机械信息(火用)故障诊断研究[D];华中科技大学;2010年
5 冯志鹏;计算智能在机械设备故障诊断中的应用研究[D];大连理工大学;2003年
6 何小斌;基于统计学方法的自适应过程监控与故障诊断[D];上海交通大学;2009年
7 宋凯;基于PLS的统计质量监控研究与应用[D];浙江大学;2005年
8 李敏;复杂机械基于数据的建模与故障诊断[D];太原理工大学;2010年
9 蒋斌;机电系统故障诊断的理论与应用研究[D];浙江大学;2002年
10 盛晨兴;挖泥船动力机械远程诊断系统关键技术研究[D];武汉理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 卓刚;航空发动机智能建模与故障诊断研究[D];南京航空航天大学;2004年
2 马丽蓉;我军某型飞机发动机故障诊断专家系统[D];吉林大学;2005年
3 别立波;基于数据驱动的连续过程故障发现与诊断研究[D];沈阳工业大学;2009年
4 邢天亮;基于数据驱动的发动机状态监测和故障诊断[D];吉林大学;2012年
5 孙甲男;基于数据驱动的发动机故障诊断研究[D];吉林大学;2013年
6 韩俊林;控制阀粘滞特性建模、检测与补偿方法研究[D];浙江大学;2010年
7 王明秀;大型汽轮发电机故障诊断专家系统诊断处理子系统的研究[D];华北电力大学;2001年
8 刘峰;基于神经网络的水轮发电机组振动故障诊断专家系统的研究[D];西安理工大学;2003年
9 许东;地空导弹混合智能故障诊断专家系统的设计与实现[D];西北工业大学;2002年
10 石金彦;基于规则的数据挖掘方法在故障诊断中的应用[D];郑州大学;2003年
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