本文關(guān)鍵詞：某渦扇發(fā)動機智能容錯控制系統(tǒng)設(shè)計及半物理驗證

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【摘要】：故障診斷和容錯控制技術(shù)是提高航空發(fā)動機控制系統(tǒng)安全性及可靠性的重要手段。本文以某型渦扇發(fā)動機部件級模型為研究對象,針對其控制系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)及傳感器故障,分別研究了基于智能算法的故障診斷及容錯控制方法,并從工程可行性的角度,進(jìn)行了半物理仿真試驗驗證。首先建立了某型渦扇發(fā)動機慢車以上狀態(tài)的部件級非線性模型,作為本文開展容錯控制研究的對象,并基于該部件級模型的數(shù)據(jù),建立了機載實時模型。搭建了本文試驗驗證所需的半物理仿真試驗系統(tǒng),該系統(tǒng)主要包括半物理仿真試驗器、燃油調(diào)節(jié)器及快速原型控制器;在快速原型控制器上構(gòu)建了針對某型渦扇發(fā)動機的燃油執(zhí)行機構(gòu)位置小閉環(huán)位置控制回路及發(fā)動機轉(zhuǎn)速大閉環(huán)控制回路。針對航空發(fā)動機燃油執(zhí)行機構(gòu)的位置控制回路,提出了一種基于執(zhí)行機構(gòu)數(shù)學(xué)模型及發(fā)動機燃油逆映射模型的故障診斷方法,以實現(xiàn)對執(zhí)行機構(gòu)自身故障及其線性可變差動變壓器(LVDT)位移傳感器故障的檢測和區(qū)分�；诜蔷�性回歸方法極端學(xué)習(xí)機(ELM)算法建立了發(fā)動機燃油逆映射模型,保證了燃油估計的精度和實時性。半物理仿真試驗結(jié)果表明,該故障診斷方法能快速準(zhǔn)確地檢測并區(qū)分出幅度在2%以上的執(zhí)行機構(gòu)故障和LVDT傳感器故障。針對航空發(fā)動機傳感器故障診斷,提出了一種選擇更新正則在線貫序極端學(xué)習(xí)機(SROS-ELM)算法。該算法引入了正則化因子以解決矩陣奇異和病態(tài)的問題,將結(jié)構(gòu)風(fēng)險和經(jīng)驗風(fēng)險最小化,同時增加了一種選擇機制,根據(jù)泛化能力對輸出權(quán)值進(jìn)行選擇性更新,提高了估計精度。此外,以疊加的波形函數(shù)替代原來單一的激勵函數(shù),增加了估計模型的穩(wěn)定性和動態(tài)逼近性能。通過在多個回歸數(shù)據(jù)集上的測試,驗證了算法的有效性。將SROS-ELM算法應(yīng)用于航空發(fā)動機傳感器故障診斷,并進(jìn)行了半物理仿真試驗驗證。結(jié)果表明,該方法能夠快速有效地對航空發(fā)動機轉(zhuǎn)速及各氣路傳感器故障進(jìn)行診斷與隔離。最后,對執(zhí)行機構(gòu)控制回路故障診斷模塊和傳感器故障診斷模塊進(jìn)行隔離研究,并通過自適應(yīng)加權(quán)法,將機載實時模型輸出值與基于SROS-ELM算法的傳感器估計值結(jié)果進(jìn)行融合,從而更精確地重構(gòu)出故障傳感器信號。在此基礎(chǔ)上,提出一種改進(jìn)全局快速非奇異Terminal滑�？刂破�,從而完成了智能容錯控制系統(tǒng)的設(shè)計。半物理仿真試驗結(jié)果表明,該系統(tǒng)可以及時檢測出傳感器故障,實時準(zhǔn)確地估計并反饋信號,達(dá)到了容錯控制的目標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：渦扇發(fā)動機 機載實時模型 半物理仿真 極端學(xué)習(xí)機 故障診斷 容錯控制
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V235.13
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 緒論14-19
• 1.1 研究背景及意義14
• 1.2 故障診斷與容錯控制技術(shù)概述14-15
• 1.2.1 故障診斷技術(shù)14-15
• 1.2.2 容錯控制技術(shù)15
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3.1 執(zhí)行機構(gòu)故障診斷研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 傳感器故障診斷研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.3 容錯控制研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 論文內(nèi)容安排18-19
• 第二章 某型渦扇發(fā)動機建模研究19-28
• 2.1 引言19
• 2.2 部件級模型概述19-23
• 2.3 機載實時模型23-26
• 2.3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理23
• 2.3.2 穩(wěn)態(tài)模型23-24
• 2.3.3 基于動態(tài)系數(shù)法的動態(tài)模型24-25
• 2.3.4 模型驗證25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-28
• 第三章 半物理仿真試驗系統(tǒng)的構(gòu)建28-40
• 3.1 引言28
• 3.2 半物理仿真試驗系統(tǒng)的總體方案28-29
• 3.3 半物理仿真試驗器簡介29-31
• 3.3.1 發(fā)動機數(shù)學(xué)模型仿真系統(tǒng)29-30
• 3.3.2 接口模擬器30
• 3.3.3 電傳系統(tǒng)30
• 3.3.4 燃油系統(tǒng)30-31
• 3.4 燃油調(diào)節(jié)器簡介31-32
• 3.5 快速原型控制器構(gòu)建32-37
• 3.5.1 快速原型控制器總體設(shè)計33
• 3.5.2 快速原型控制器硬件設(shè)計33-35
• 3.5.3 快速原型控制器軟件設(shè)計35-37
• 3.6 基本控制回路半物理仿真試驗37-39
• 3.6.1 試驗前校準(zhǔn)與標(biāo)定37
• 3.6.2 執(zhí)行機構(gòu)位置小閉環(huán)控制試驗37-38
• 3.6.3 發(fā)動機轉(zhuǎn)速大閉環(huán)控制試驗38-39
• 3.7 本章小結(jié)39-40
• 第四章 燃油調(diào)節(jié)器故障診斷40-49
• 4.1 引言40
• 4.2 執(zhí)行機構(gòu)故障診斷方案40-41
• 4.3 執(zhí)行機構(gòu)位置小閉環(huán)回路模型41-43
• 4.4 基于ELM的發(fā)動機燃油逆模型43-45
• 4.4.1 ELM算法43-44
• 4.4.2 逆映射模型44-45
• 4.5 半物理仿真試驗及分析45-48
• 4.6 本章小結(jié)48-49
• 第五章 傳感器故障診斷49-63
• 5.1 引言49
• 5.2 SROS-ELM算法49-54
• 5.2.1 OS-ELM算法49-50
• 5.2.2 OS-ELM算法的改進(jìn)50-53
• 5.2.3 SROS-ELM算法仿真驗證53-54
• 5.3 基于SROS-ELM的航空發(fā)動機傳感器故障診斷54-55
• 5.4 半物理仿真試驗驗證55-61
• 5.5 本章小結(jié)61-63
• 第六章 容錯控制系統(tǒng)設(shè)計及驗證63-74
• 6.1 引言63
• 6.2 故障隔離及信號重構(gòu)63-67
• 6.3 滑模控制器設(shè)計67-71
• 6.3.1 發(fā)動機狀態(tài)空間模型68
• 6.3.2 改進(jìn)全局快速非奇異Terminal滑�？刂破�68-70
• 6.3.3 控制器仿真驗證70-71
• 6.4 航空發(fā)動機智能容錯控制系統(tǒng)71-72
• 6.5 半物理仿真試驗及分析72-73
• 6.6 本章小結(jié)73-74
• 第七章 總結(jié)與展望74-76
• 7.1 論文總結(jié)74-75
• 7.2 工作展望75-76
• 參考文獻(xiàn)76-81
• 致謝81-82
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文82-83

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本文編號：1014413