發(fā)布時(shí)間：2020-01-22 03:49

【摘要】：航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)傳感器一旦發(fā)生故障會(huì)導(dǎo)致控制系統(tǒng)失效,對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)有效的診斷識(shí)別,可以有效防止控制系統(tǒng)性能降低甚至損壞。一般應(yīng)用Kalman濾波器進(jìn)行故障診斷研究,但是對(duì)工程實(shí)際中有色噪聲對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)傳感器故障診斷的影響沒有進(jìn)行深入的分析。首先提出采用一組Kalman濾波器進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)傳感器故障診斷、隔離的方法原理,再次給出了有色噪聲情況下的Kalman濾波器設(shè)計(jì)方法,通過(guò)對(duì)比濾波估計(jì)結(jié)果說(shuō)明有色噪聲影響下所提出的方法的有效性,并將非線性發(fā)動(dòng)機(jī)模型用于仿真驗(yàn)證,結(jié)果表明改進(jìn)方法能夠在有色噪聲條件下可以準(zhǔn)確有效地診斷、隔離系統(tǒng)中發(fā)生的障。
【圖文】：

將該非線性模型圖形化封裝，引入MATLAB/Simulink平臺(tái)，使之成為Simulink模型庫(kù)的一部分，對(duì)應(yīng)圖3所示的發(fā)動(dòng)機(jī)模型部分。6結(jié)果分析這里針對(duì)上述理論分析重新設(shè)計(jì)Kalman濾波器并驗(yàn)證其估計(jì)的準(zhǔn)確性。由式(1)給出的噪聲表達(dá)式，當(dāng)N的絕對(duì)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1時(shí)是有色噪聲，N的絕對(duì)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1時(shí)是白噪聲，當(dāng)N的絕對(duì)值等于1時(shí)介于臨界狀態(tài)。下面分別對(duì)了不同噪聲下的濾波器估計(jì)情況以及基于有色噪聲下的Kalman濾波器在故障診斷的應(yīng)用進(jìn)行仿真研究。當(dāng)噪聲是有色噪聲的情況下，兩種濾波器對(duì)低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速傳感器值的估計(jì)情況，如圖1所示，橫坐標(biāo)是仿真時(shí)間，縱坐標(biāo)是低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。可見一般的Kalman濾波器此時(shí)發(fā)散，，不能正確的估計(jì)出測(cè)量值，而基于有色噪聲換將設(shè)計(jì)的Kalman濾波器可以很好的估計(jì)出測(cè)量值，因此如果采用一般的Kalman濾波器用于故障診斷則無(wú)法執(zhí)行正確的診斷并有效隔離。當(dāng)噪聲為白噪聲時(shí)，兩種濾波器對(duì)低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速傳感器值的估計(jì)情況，各個(gè)Kalman濾波器的估計(jì)結(jié)果如圖2所示，可以看出兩種濾波器均可以準(zhǔn)確的估計(jì)出結(jié)果。圖1有色測(cè)量噪聲下兩種卡爾曼濾波估計(jì)圖2白噪聲條件下兩種卡爾曼濾波估計(jì)基于有色噪聲情況下設(shè)計(jì)一組Kalman濾波器用于傳感器故障診斷仿真研究。圖3為本文計(jì)算仿真的結(jié)構(gòu)示意圖，發(fā)動(dòng)機(jī)仿真機(jī)由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及其配套的ISA總線結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成，在仿真機(jī)xPC目標(biāo)系統(tǒng)中運(yùn)行的是數(shù)學(xué)仿真模型自動(dòng)代碼生成的程序，此發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)傳感器故障診斷仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括了某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)模型、傳感器故障植入模塊以及xPC系統(tǒng)下的數(shù)據(jù)采集和發(fā)送模塊等。圖4是低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速傳感器緩慢漂移故障下的診斷仿真圖，其中橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為故障指示信號(hào)。這里故障類型是斜坡故障，噪聲環(huán)境設(shè)定為有色噪聲。由圖4

碌穆瞬ㄆ鞴蘭魄榭鲆約盎餑謨猩鄳肷飫碌?Kalman濾波器在故障診斷的應(yīng)用進(jìn)行仿真研究。當(dāng)噪聲是有色噪聲的情況下，兩種濾波器對(duì)低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速傳感器值的估計(jì)情況，如圖1所示，橫坐標(biāo)是仿真時(shí)間，縱坐標(biāo)是低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速�？梢娨话愕腒alman濾波器此時(shí)發(fā)散，不能正確的估計(jì)出測(cè)量值，而基于有色噪聲換將設(shè)計(jì)的Kalman濾波器可以很好的估計(jì)出測(cè)量值，因此如果采用一般的Kalman濾波器用于故障診斷則無(wú)法執(zhí)行正確的診斷并有效隔離。當(dāng)噪聲為白噪聲時(shí)，兩種濾波器對(duì)低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速傳感器值的估計(jì)情況，各個(gè)Kalman濾波器的估計(jì)結(jié)果如圖2所示，可以看出兩種濾波器均可以準(zhǔn)確的估計(jì)出結(jié)果。圖1有色測(cè)量噪聲下兩種卡爾曼濾波估計(jì)圖2白噪聲條件下兩種卡爾曼濾波估計(jì)基于有色噪聲情況下設(shè)計(jì)一組Kalman濾波器用于傳感器故障診斷仿真研究。圖3為本文計(jì)算仿真的結(jié)構(gòu)示意圖，發(fā)動(dòng)機(jī)仿真機(jī)由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及其配套的ISA總線結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成，在仿真機(jī)xPC目標(biāo)系統(tǒng)中運(yùn)行的是數(shù)學(xué)仿真模型自動(dòng)代碼生成的程序，此發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)傳感器故障診斷仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括了某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)模型、傳感器故障植入模塊以及xPC系統(tǒng)下的數(shù)據(jù)采集和發(fā)送模塊等。圖4是低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速傳感器緩慢漂移故障下的診斷仿真圖，其中橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為故障指示信號(hào)。這里故障類型是斜坡故障，噪聲環(huán)境設(shè)定為有色噪聲。由圖4可見WSSＲ1保持很小的值，而其余四個(gè)故障指示信號(hào)均增大，根據(jù)第1節(jié)的基于濾波估計(jì)值進(jìn)行傳感器故障診斷的理論分析表明是低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)生了故障。圖3基于一組卡爾曼濾波器進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)傳感器故障診斷仿真架構(gòu)示意圖圖4有Nl故障的WSSＲ1－5仿真結(jié)果圖7結(jié)論本文針對(duì)有色噪聲條件下的航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)傳感器故障診斷問題提出了一組基

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