基于RF-SVR的燃油计量装置性能衰退检测和剩余寿命估计方法

为了实现航空发动机燃油系统的安全状态监测和健康管理,开展了燃油系统性能衰退检测和剩余使用寿命估计方面的研究。以燃油系统燃油计量装置为例,分析了其主要的性能衰退模式,设计了基于电流-速度数据的健康指标(HIs)选取方案,并考虑环境及模型参数不确定性,进行模型不确定性仿真,基于健康数据与性能衰退数据间的马氏距离对部件性能衰退进行检测。提出了基于随机森林-支持向量回归(RF-SVR)的剩余使用寿命(RUL)估计方法,利用通过RF特征选择优化的SVR模型实现部件RUL估计。最后基于某型民用涡扇发动机机械液压模型仿真数据对该方法进行了验证,结果表明:该方法的性能衰退检测虚警率及漏报率低于2%,RUL估计误差低于3%,可为航空发动机燃油系统的预测性维护提供参考。      

压差控制器的稳定性分析和设计参数的研究

压差控制器是航空发动机燃油计量的重要部件,用于保持计量活门前后的压差恒定.为探究其控制压差能力的因素,研究了某型发动机加力系统中压差控制器的性能,分析并推导出其影响控压差能力的主要因素,并在AMESim仿真环境下对所得结果进行建模仿真,验证了所得结论的正确性.在此基础上对其进行合理的改型,为保证改型不影响系统稳定性,用小偏差原理对改型前后的压差控制器辨识,得到传递函数,确保改型并未损失其动态性能.最终得到改进压差控制器控压差能力的理论依据.     

智能燃油计量装置故障诊断算法研究

在分布式控制系统框架下,为完善智能装置功能,以某型民用发动机燃油系统为研究对象,将其关键部件燃油计量装置作为一个智能装置节点,基于SDQ-ARMA系统算法进行位移传感器数据确认与故障诊断,并针对其计量活门的静摩擦力增大的特定性能衰退模式,在提取燃油系统传感器的时域特征的基础上,构建了基于SVM的故障检测算法流程,对燃油系统联合仿真模型进行验证,仿真实例中,故障诊断算法软硬件仿真一致,表明研究算法具有实时性,可为智能装置算法开发提供参考。     

涡扇发动机燃油综合控制半实物仿真试验系统

建立了某涡扇发动机气动热力学模型和该型发动机综合电子调节器、主燃油泵调节器的实验室工作环境。发动机数学模型运行在计算机上,通过VXI总线技术,将其与控制器和执行机构实物连接,组建了某涡扇发动机燃油综合控制半实物仿真试验系统。对该半实物仿真试验系统进行试验,结果表明:该半实物仿真试验系统能有效地对该型发动机燃油进行静态和动态控制,为开展发动机的全权限数字电子控制(FADEC)系统研究和先进控制理论在发动机控制中的应用研究奠定了试验基础。     

加力燃油计量装置的AMESim 仿真研究

为获得加力燃油系统数字化仿真与性能验证平台,采用功能划分的方法分析了典型计量装置的功能模块,确定了伺服阀-随动活塞、计量活门-等压差活门是决定计量装置动态特性的主要组成部分,对其进行了数学建模。鉴于获得的数学模型描述系统特性时缺乏相关元件特性参数的设计依据,建立了由计量活门、等压差活门、电液伺服单元等组成计量装置的AMESim模型,计算主要结构参数后仿真分析了其稳态和动态特性。结果表明:基于控制系统构成的加力燃油计量装置功能划分与数学建模可为仿真研究与参数设计提供指导,AMESim可用于动态过程仿真与性能预测。     

某型压差活门的动态特性分析

压差活门是航空发动机数控系统燃油计量装置中重要的液压部件,其稳定性和动态性能直接影响控制系统的整体性能。根据压差活门非线性微分方程,采用小偏差线性化方法,推导出了压差活门的动态数学模型,得到了压差活门的方框图以及传递函数。选取某压差活门参数建立了Simulink仿真模型,分别在频域和时域分析了其动态性能。结果表明:在频域上,比较了有无节流器时的回路增益函数伯德图,认为敏感油路上的节流器可以改善稳定性且提高控制精度,通过设计节流器的尺寸可以调节穿越频域,从而改善系统的动态性能;在时域上,分析了不同节流器尺寸下阶跃响应的动态性能,其试验结果与实际工程经验一致。     

某型涡轴发动机等压差活门建模分析

考虑某型涡轴发动机燃油流量调节器通道截面的局部能量损失,推导出流经计量油针的燃油流量方程,在此基础上详细分析等压差活门的功用、结构组成及其工作原理,以连续方程和力平衡方程为基础,采用线性化处理方法,建立等压差活门的数学模型。通过分析等压差活门系统结构,得到等压差活门系统的传递函数,进而对其稳定性进行分析,计算单位阶跃输入的稳态误差。结果表明:以流量方程和力平衡方程为基础建立等压差活门数学模型的方法可行,分析出等压差活门稳定工作条件和稳态误差的主要影响因素,并且为燃油调节器数学模型的建立以及仿真计算奠定了基础。     

民用涡扇发动机多变量增广LQR控制器设计

针对民用涡扇发动机设计多变量控制器,提出将多变量增广LQR控制算法引入到民用涡扇发动机的方法。将发动机控制量作为增广的状态向量引入LQR算法设计,并根据控制系统回路的性能需求,设计期望动态响应曲线;期望动态响应与实际动态响应的差值范数作为优化目标用来调整、确定LQR控制算法的权阵取值;设计的控制器与民用涡扇发动机非线性模型仿真验证。结果表明,多变量增广LQR控制器满足民用涡扇发动机的控制需求。     

航空发动机燃油系统数值模型仿真与验证

以航空发动机燃油系统为研究对象,简要介绍了燃油系统的工作原理,建立了燃油系统主要组成单元计量活门、电液伺服阀、等差活门的数学模型。并在Matlab/Simulink环境下,构建了整个燃油系统的仿真模型。通过在试验器上进行的燃油系统与电子控制器的联合调试试验,对仿真结果进行验证。仿真与试验结果的对比表明:所建模型的仿真结果与试验结果吻合较好,基本符合设计要求,能反应燃油系统的实际工作情况。     

涡扇发动机故障诊断硬件在回路实时仿真平台

硬件在回路仿真是发动机故障诊断算法由理论转向实际工程应用的重要阶段,但目前航空发动机故障诊断算法的研究多数处于软件数字仿真阶段。构建民用涡扇发动机故障诊断算法硬件在回路实时仿真验证平台,开发考虑健康退化的民用涡扇发动机多维调度分段线性化模型,分析并模拟仿真民用涡扇发动机的四类典型常见故障。经过对相关诊断算法进行实验验证,表明该平台及使用的模型和方法都是行之有效的,具有一定的工程使用价值。