利用神经网络设计航空发动机全包线最优控制器

本文提出一种用神经网络拟合飞行条件、发动机工况与发动机最优控制器参数之间关系, 从而设计适合于全飞行包线范围内发动机最优稳态控制器的方案。该方案可以针对发动机分段线性化模型, 利用成熟的线性控制设计方法设计非线性控制器, 且控制器结构简单、实时性好。仿真结果表明, 所设计的发动机控制系统在整个飞行包线内的设计点及非设计点均具有良好的性能。      

燃气涡轮发动机地面试验传感器数据确认概念与方法研究

本文介绍了燃气涡轮发动机传感器数据确认系统的研究与应用现状,详细阐述了基于发动机和试验系统物理模型的解析冗余检验相关多传感器信号有效性方法,以及基于信号序列统计与时频特征分析的单传感器通道信号有效性的确认方法,提出了传感器数据有效性确认系统的研究框架。     

基于IPSO Elman神经网络的航空发动机故障诊断

为提高航空发动机故障诊断的精度,提出改进粒子群优化的Elman神经网络对航空发动机故障诊断的方法。利用MIV(平均影响值)对神经网络的输入端自变量进行筛选，降低输入维度；采用改进粒子群优化算法对Elman神经网络的权值和阀值进行优化，并对优化的神经网络进行训练；用训练好的神经网络对航空发动机故障进行诊断并与常规的BP（back propagation）、Elman神经网络、GM（1,n）、SVM (support vector machines)进行对比。仿真结果表明:IPSO Elman(improved particle swarm optimization Elman neural network)神经网络的诊断误差在不同数量训练样本时都小于其他方法，并且在参选故障诊断的性能参数不同时，其诊断误差相近，展现出较强的适应能力。      

数控系统传感器故障检测隔离及适应技术

介绍一种发动机传感器故障的检测、隔离及适应方法,并给出某型涡轴发动机的数字仿真实例,说明该方法的有效性和实用性。     

模糊超体神经网络及其在火箭发动机故障分离中的应用

提出了一种用模糊集表示火箭发动机故障模式的神经网络二次分离器,模糊集是由模糊超体聚集形成的集合体,模糊超体在一次分离中表现为由半径和球心确定的n维超球,在二次分离中是一个由夹角、球心和方向矢量确定的部分超球。神经网络二次分离学习算法与一次学习算法相比,提高了训练样本的分离精度,增强了神经网络对故障的敏感性。      

基于机匣信号的滚动轴承故障卷积神经网络诊断方法

针对在滚动轴承故障激励下的机匣微弱故障特征,提出了基于卷积神经网络(CNN)的故障诊断方法。利用矩阵图法、峭度图法以及小波尺度谱法3种振动信号的预处理方法,将一维原始信号转换为图像信号;利用卷积神经网络对故障进行识别。通过比较分析发现:通过连续小波尺度谱更易提取滚动轴承的故障特征,其故障识别率达到95.82%,均高于其他几种振动信号预处理方法;由于卷积神经网络可以利用深层网络结构自适应地提取滚动轴承故障特征,比传统支持向量机(SVM)方法的故障识别率高约7%。结果证明了该方法的有效性与可行性,且具有较好的泛化能力和稳健性。      

航空发动机气路故障诊断的SANNWA-PF算法

针对航空发动机非线性、非高斯的特点，提出一种用于航空发动机气路故障诊断的自适应神经网络权值调整粒子滤波（SANNWA PF）算法。该算法根据粒子分布情况确定分裂和调整的粒子数目，进而根据粒子权重采用正态分布的方式进行分裂，采用反向传插(BP)神经网络进行权值调整，缓解了粒子的退化和贫化，具有更强的自适应性能和跟踪能力。通过一维非线性跟踪模型和航空发动机气路故障诊断仿真研究表明:SANNWA PF算法具有良好的非高斯性能，相对粒子滤波一维非线性追踪模型估计精度提高约21%，航空发动机气路故障诊断在高斯噪声和非高斯噪声下分别提高约30%和26%，诊断速度分别提高约7倍和10倍。      

基于深度学习的混合翼型前缘压力分布预测

提出了一种基于深度学习的混合翼型前缘压力分布预测方法，通过对翼型几何特征提取、压力分布曲线的参数化，建立了卷积神经网络模型（CNN），并利用计算流体力学（CFD）的计算结果作为其训练样本，实现对混合翼型前缘压力分布的预测。结果表明:两种方法计算结果的拟合优度大于0.98，基于深度学习的计算方法耗时1.7 s，CFD方法耗时大于50 s，计算时间大大缩短。该方法能够在满足计算精度的条件下提高计算效率并可应用于其他的翼型设计过程。      

适应型神经网络系统的控制

控制对象系统根据控制领域的不同，或多或少具有非线形特性。尤其汽车发动机系统中更具有很强的非线性。目前，三层构造的神经网络对于非线性系统的控制非常有效。     

基于改进果蝇算法优化的GRNN航空发动机排气温度预测模型

利用广义回归神经网络(GRNN)良好的非线性映射能力，对航空发动机排气温度(EGT)进行预测。由于GRNN的预测性能受宽度系数的影响，因此采用改进的果蝇算法优化广义回归神经网络(IFOA-GRNN)，并用优化后的GRNN对航空发动机的EGT进行预测。以某发动机为案例，选取相关参数作为预测模型的输入变量，EGT作为预测模型的输出变量。在相同的样本分配下，将FOA-GRNN(fruit fly optimization algorithm to optimize GRNN)、GRNN、自回归预测模型和优化的支持向量回归机作为对比算法。分析结果表明:IFOA-GRNN的收敛精度高于FOA-GRNN；IFOA-GRNN对EGT预测的平均相对误差为2.47%、拟合优度为0.8506，其预测效果均优于其他对比算法；同时，IFOA-GRNN对噪声的敏感性也低于其他对比算法。      

物理启发的深度学习模型及其在热端部件散热中的应用

热端部件散热是众多空天设备的关键技术。表面温度分布是散热设计中用到的重要信息,常规的解析建模手段和机器学习方法均无法有效地表达此类高维信息。近年来兴起的图像深度学习算法是解决表面温度信息预测的有效手段。然而,现有的基于大数据的深度学习方法往往对于物理数据和小样本数据不适用,体现为泛化精度差、数据兼容性差、可解释性差。因此,有必要结合传热的先验知识发展物理启发的新型深度学习算法,以增强高自由度、高复杂度散热对象上的设计能力。本文基于卷积算子和有限差分求解方式的类比关系,提出了一种物理启发式的循环卷积神经网络。以横向出流的冲击冷却为例,开展了变计算域大小、变工况、变尺寸的批量数值模拟,获取了冲击冷却关键特征的小样本图像数据。进一步通过神经网络的训练,构建了多参数、大范围内有较好拟合能力的温度、传热系数、压力代理模型。研究结果表明,本文提出的物理启发神经网络模型,对于计算域大小没有限制,可以统一表达不同空间范围内获取的物理数据的共性规律。模型的各类超参设定均具有明确的物理意义,且与经典的微分方程求解理论有一定的类比关系,增强了神经网络调参的方向性。通过传热物理规律与黑箱模型的融合,本文实现了小样本多参数物理数据的共性建模。该方法可以迅速重构热端部件的高维分布信息,可服务于热端部件的快速分析设计以及优化。     

Improving multi-target cooperative tracking guidance for UAV swarms using multi-agent reinforcement learning

Multi-Target Tracking Guidance(MTTG) in unknown environments has great potential values in applications for Unmanned Aerial Vehicle(UAV) swarms. Although Multi-Agent Deep Reinforcement Learning(MADRL) is a promising technique for learning cooperation, most of the existing methods cannot scale well to decentralized UAV swarms due to their computational complexity or global information requirement. This paper proposes a decentralized MADRL method using the maximum reciprocal reward to learn cooper...     

航空发动机神经网络自适应控制研究

本文研究神经网络自适应控制方法及其在航空发动机控制中应用。结合某型航空涡喷发动机,首先研究采用神经网络进行非线性动态系统辨识,包括神经网络模型辨识的格式、输入信号形式等问题。然后,提出了一种神经网络自适应控制方法,阐明了该方法基本结构、原理。最后,在选定的设计点处进行发动机控制系统设计,当偏离设计点时,利用神经网络很强的学习、适应能力,通过在线修正神经网络参数,使控制系统仍保持良好性能。      

航空发动机神经网络反步控制方法

针对航空发动机非线性和不确定性的特点,提出了一种基于神经网络的反步控制方法.采用径向基神经网络估计未知系统方程,并用一种平滑切换法有效避免了控制器奇异问题.反步法的设计基于Lya-punov稳定性原理,保证了闭环系统一致渐近有界.最后针对某型涡扇发动机非线性模型设计了高压转速控制器,仿真结果验证了该方法的有效性.      

基于灰色神经网络的航空发动机振动故障诊断方法研究

针对某型双转子航空涡扇发动机台架试车中出现的振动异常现象,提出了一种基于灰色神经网络的航空发动机故障诊断方法,该方法不仅具有灰色关联度故障诊断方法计算量小、准确率高等优点,同时具备了神经网络强大的并行处理能力和良好的容错性。实例证明,该方法能够简单有效地诊断出航空发动机台架试车中出现的常见故障,为航空发动机故障诊断提供了一个新的途径。     

基于深度学习的滑油监测方法研究

针对传统的数据特征提取方法难以提取航空发动机滑油监测数据有效特征的缺陷,提出了一种基于多尺度卷积神经网络(Multi-scales convolutional neural network,MSCNN)、长短期记忆(Long short-term memory,LSTM)神经网络和BP网络的单通道网络模型MSCNN-LSTM-BP。将多尺度学习融入CNN,MSCNN和LSTM以串行方式提取数据在空间维度和时间维度的二维特征。实验结果表明:3尺度的MSCNN-LSTM-BP对数据样本的分类准确率达到98.2%,单组电容数据采集测试时间仅为2.1986ms,综合分类率F1达到98.57%,总体性能优于CNN,LSTM和传统的多尺度特征提取方法。MSCNN-LSTM-BP满足航空发动机滑油监测对于实时性和准确性的要求,具有良好的适用性。     

前向神经网络快速学习算法在发动机模型辨识中的应用

介绍一种采用前向神经网络辨识发动机非线性模型的快速学习方法,与现有同类方法相比,该方法采用矩阵的QR分解求解线性方程组,解决了维数过高的矩阵直接求逆带来的解失真问题,并把这种方法应用于航空发动机的非线性模型辨识。算例仿真验证了算法的可行性。      

基于精确参数化定义的复合材料桨叶剖面 扭转刚度计算

在系统地对桨叶结构设计流程、结构分析计算方法进行研究的基础上,通过对桨叶组件参数化定义及桨叶铺层三维几何建模方法的扩展,自动获得各桨叶剖面相关组件的几何和材料信息,并基于闭口薄壁梁理论,给出了复合材料桨叶剖面扭转刚度的高效计算方法.该方法一方面充分考虑了复合材料蒙皮铺层的复杂结构以及梁、肋等组件的细节几何模型,避免了三维几何模型简化误差;另一方面,提出了铺层块、等效厚度以及长厚比概念,并采用解析表达,将模型几何解构完全集成于桨叶设计过程自动完成,十分便于工程应用.实例验证表明:提出的方法能够快速、可靠地完成桨叶剖面扭转刚度计算,显著提高设计分析效率.      

基于对传过程神经网络的航空发动机转子仿真故障诊断研究

为更好地解决动态模式识别及故障诊断问题,将过程神经元引入传统对传神经网络的竞争层,提出一种对传过程神经网络模型。并将所提出的网络模型及其学习算法用于航空发动机转子仿真故障诊断中,并得到了满意的结果。     

An innovative approach for integrated airline network and aircraft family optimization

The determination of optimal aerial transport networks and their associated flight frequencies is crucial for the strategic planning of airlines, as well as for carrying out market research, to establish target markets, and for aircraft and crew rostering. In addition, optimum airplane types for the selected networks are crucial to improve revenue and to provide reduced operating costs. The present study proposes an innovative approach to determine the optimal aerial transport network simultaneously with the determination of the optimum fleet for that network, composed of three types of airplanes (network and vehicle integrated design). The network profit is maximized. The passenger’s demands between the airports are determined via a gravitational model. An embedded linear programming solution is responsible for obtaining potential optimal network configurations. The optimum fleet combination is determined from a database of candidate aircraft designs via genetic algorithm. A truly realistic airplane representation is made possible thanks to accurate surrogate models for engine and aerodynamics is adopted. An accurate engine deck encompassing a compression map and an innovative engine weight calculation besides an aerodynamical artificial neural network module enable a high degree of accuracy for the mission analysis. The proposed methodology is applied to obtain the optimum network comprised of twenty main Brazilian airports and corresponding fleet.