一种基于FMEA的故障诊断贝叶斯网络快速构建方法

贝叶斯网络(BN)建模问题一直是其在故障诊断应用领域的瓶颈,实际的工程系统中,贝叶斯网模型构建存在许多困难,提出一种基于故障模式影响分析(FMEA)的BN建模技术.首先,在分析现有FMEA所包含的故障信息基础上,提出基于单条FMEA记录的贝叶斯网络片段构建方法;然后,利用故障模式与故障原因因果传递关系将贝叶斯网络片段集成为系统贝叶斯网络模型;最后,以某型飞机前轮转弯系统为例进行BN模型构建和分析.结果表明:本文基于FMEA建立的BN模型不仅避免了传统建模过程中对大量工程经验的需求,并且突破了FMEA定性分析能力,能够有效融合多源信息对工程系统进行定量分析和故障诊断.     

基于Leaky Noisy Or模型的民机诊断决策方法研究

针对现代民机在排故过程中面对不确定性、多源异类信息时难以进行快速诊断的问题,提出了一种基于贝叶斯Leaky Noisy Or网络的诊断决策模型。采用故障假设-观测-维修操作节点的网络结构,结合专家经验建立贝叶斯网络拓扑结构,将Leaky Noisy Or节点引入网络模型中,同时结合向前多步决策算法,构建多步决策模型。仿真实验表明,与传统方法相比,该模型能够有效解决排故中的不确定性问题,并可最大限度地融合多源异类信息,提高了诊断排故速度。     

一种求解D-S诊断识别框架方法

利用D-S证据理论进行故障诊断时,首先需准确地确定出诊断识别框架,这是D-S故障诊断的先决条件.在导弹武器等复杂系统中,存在着故障原因与故障征兆之间关联关系不确定的现象,增加了求取诊断识别框架的困难.为此,提出了一种求取复杂系统的D-S诊断识别框架方法.首先,基于基本诊断模型,给出了诊断贝叶斯网络模型.以及求解诊断贝叶斯网络模型的方法;然后,给出了征兆集合等概念以及求解故障识别框架的方法;最后,通过示例验证了方法的正确性.     

基于贝叶斯网络的分层系统可靠性分析

由于分层系统的系统结构复杂,且系统不同层次可靠性信息具有不均衡性的特点,使得分层系统的可靠性建模较为困难.考虑二态情况,通过引入贝叶斯网络描述分层系统元素间的失效关系,并考虑了系统元素间级联失效问题,结合贝叶斯多源信息融合方法,以贝叶斯网络模型为基础整合了系统各层元素的可靠性信息,构成了一种较为通用的二态分层系统可靠性分析方法.算例结果表明:该方法在贝叶斯网络模型计算过程中能够融合系统各层元素可靠性信息并有效处理级联失效问题,提高了系统可靠性后验均值估计的准确性,减小了系统可靠性结论的后验方差.      

航空发动机故障融合诊断研究

结合气路诊断与振动分析方法,建立发动机故障融合诊断模型,探讨气路与振动故障融合诊断方法的可行性。构建故障融合诊断3级体系(故障特征级、故障模式级以及故障决策级融合),实现基于性能参数和振动参数的综合评估方法,获得基于小偏差法的气路故障判据,形成基于动力学分析的振动故障判据,提出故障特征融合的方法,通过算法实现故障融合识别,并在模拟试验器上进行涡轮叶片掉块故障试验验证,获得相应的故障诊断决策。结果表明:设计的发动机故障融合诊断方法合理,算法正确。     

航空发动机在线综合诊断结构设计及仿真验证

随着机载航空电子设备的快速发展,使得传统地面系统承担的发动机诊断任务可以在线实现。实时数据的使用,可以在线监测发动机性能退化,减少故障检测和隔离的潜伏期,增加间歇性故障的检测率。为此,提出并设计了一种用于航空发动机气路故障检测和隔离、健康监测及参数估计的在线综合诊断结构。基于xPC Target 原理搭建了硬件实时仿真平台,对该结构进行了仿真验证。仿真结果表明,该结构中的机载自适应模型对发动机健康参数、可测参数和不可测参数的估计误差在0.5%以内;气路故障诊断系统采用实时数据,可以更早地检测和隔离包含间歇性故障在内的各种气路故障。     

基于信息融合的航空发动机剩余寿命预测

利用航空发动机状态监测信息,考虑到信息本身具有的误差性和随机性等特点,采用贝叶斯线性模型融合了监测信息,实现了综合利用多源信息的进行航空发动机性能衰退评估;以性能衰退评估结果为输入变量,建立基于Gamma随机过程的可靠性评估模型,预测在指定性能可靠性水平下的剩余寿命.通过算例,分析了不同监测参数对剩余寿命预测的影响.该方法能将性能监测与可靠性分析集成到一个框架中,充分利用了多种状态监测信息,结果更加准确,更符合控制航空发动机维修决策风险的实际.      

基于卡尔曼滤波器及神经网络的发动机故障诊断

提出了一种基于卡尔曼滤波器及神经网络的航空燃气涡轮发动机气路故障诊断的方法.该方法用卡尔曼滤波器来估计发动机可测参数的变化量,再由神经网络来映射发动机性能参数的变化量,并据此进行发动机气路故障诊断.数字仿真表明,该方法是可行的,有效的.      

基于贝叶斯网络的某型导弹状态评估

针对传统"是非制"状态评判方法过于粗略的问题,将某型导弹状态重新细划为"优"、"良"、"中"、"差"和"故障"5个等级。在充分考虑导弹定量信息和定性信息的基础上,结合云模型建立了多状态信息融合的贝叶斯网络模型,提出了基于贝叶斯网络的状态评估方法,以期为装备质量的科学有效管理提供技术支撑。     

S-WFA方法改进关联度计算的民航发动机气路故障诊断研究

针对民航发动机气路故障诊断难度大、准确度不高等问题,提出一种基于改进关联度算法的故障向量识别方法,该方法首先从发动机气路测量参数入手进行发动机的故障诊断研究,利用发动机性能趋势图提取监控参数的偏差量,然后将Sigmoid函数改进后用于属性参数的重要程度计算。结合WFA属性权重分配方法改进了灰色关联度算法,并利用故障案例进行验证,验证表明改进后的算法诊断准确率较高。     

基于二阶鲁棒滑模观测器的民用涡扇发动机气路故障诊断

针对状态估计器在航空发动机气路参数估计中响应迟缓、鲁棒性不强等问题,以未知输入重构的思路,提出了一种基于Super-twisting滑模观测器的航空发动机气路故障诊断方法。通过将健康参数考虑为未知输入,设计滑模切换项重构健康参数的变化量,由于避免了状态估计器设计中健康参数导数为零的假设,本文的方法在处理突变故障时拥有更快的响应速度。针对鲁棒性问题,提出了一种新的故障向量增广形式,通过将扰动项增广至健康参数向量中,观测器的重构信号能够同时估计出健康参数变化量以及扰动项的大小,实现扰动与部件故障的解耦,从而避免了不确定项对健康参数估计结果的影响。本文建立了民用涡扇发动机包线范围内的线性变参数模型,通过不同故障模式下的数值仿真,并与状态估计器比较,验证了方法的有效性。结果表明,设计的滑模观测器具有小于0.5%的估计误差,有效地提高了气路健康参数的估计速度,增强了对不确定性的鲁棒性。     

基于自组织拓扑映射图的发动机故障诊断研究

根据SOM自组织网络的高维数据矢量量化、快速聚类、信息融合和拓扑映射等特征,建立了发动机故障诊断可视拓扑映射图模型,给出了映射模式误差测度和拓扑误差测度,并通过拓扑映射图对发动机故障进行诊断,获得了很好的效果。同时,进一步通过建立的故障模式的测量参数灰度图,可以清晰地观察到故障模式矢量特征、测量参数相关性特征、参数变化趋势,并可进行更深层次故障机理分析。     

基于序列工作点的航空发动机过渡态气路分析参数选择研究

为了降低由多工作点分析(MOPA)方法的平均效应所产生的气路分析(GPA)系统误差,提出了基于航空发动机过渡工作过程的序列工作点分析(SOPA)技术,并以此为基础提出了一种系统的气路分析参数选择方法。该方法利用连续小波变换对时间信号的增强解析能力,提取待求健康参数在备选测量传感器上的参数特征,实现了在传感器安装受限条件下必要测量参数的选择。通过对SOPA子系统矩阵进行奇异值分解(SVD),获得了在过渡工作过程中不同时间片段上的健康参数可辨识性。针对大涵道比双轴分排涡扇发动机的参数分析结果表明:通过对待求健康参数的敏感性输出信号进行小波分析所确定的最简传感器布局,具备对全部待求健康参数的可辨识性;而以时间片段矩阵的条件数作为判据评估SOPA子系统的参数辨识能力,能够有效地确定具有高可靠性的SOPA时间片段位置,保证了对发动机气路部件健康状态的估计精度。     

某型涡轴发动机性能衰减与部件退化评估

为在某型涡轴发动机持久试验中进行性能健康检查,采用多点匹配方法建立了个体发动机性能衰减计算模型,基于非线性气路分析方法对部件性能退化进行了计算,集合已有经验确定性能偏离部件,完成了某型发动机持久试验中不同阶段的性能衰减评估.结果表明,某型发动机性能衰减及部件性能退化成阶段性分布,前期压气机和燃气涡轮性能变化最快,随后处于相对稳定阶段,动力涡轮性能在目前试验时数范围内基本无变化.该方法的验证为涡轴发动机使用过程中的性能健康与评估提供了有益的经验.      

基于信息融合遗传算法的航空发动机气路故障诊断

针对航空发动机由传统定期维修向视情维修转变的发展趋势,研究了遗传算法在气路性能参数估计中的应用,提出了改进的基于信息融合的遗传算法,将多源信息融合到遗传算法中,用以减小遗传算法的搜索范围.仿真结果表明:通过融合多源信息,有效克服遗传算法在寻优过程中陷入局部最优的情况,从而提高了气路性能参数的估计精度,能将估计误差控制在5%以内.      

航空发动机气路故障诊断的平方根UKF方法研究

设计了适用于双轴涡扇发动机健康参数估计的平方根UKF滤波算法,解决了线性卡尔曼滤波器估计结果准确性依赖于线性模型精度;常规UKF算法中由于计算误差及噪声信号影响引起误差协方差矩阵负定而导致滤波结果发散等问题.提出了根据测量残差变化改进滤波收敛速度与稳定性的方法.发动机渐变与突变故障模式下仿真结果表明,平方根UKF估计算法收敛速度快,稳定性强,精度高,是一种有效的发动机气路部件健康参数估计与故障诊断方法.      

结合不确定度的发动机模型辨识气路诊断

针对航空发动机气路诊断中测量参数个数小于待诊断参数个数的不适定问题,利用了发动机平衡技术,结合非线性的发动机数学模型,并综合考虑了测量参数的不确定度和理论模型部件性能的不确定度,建立了一种结合不确定度的发动机气路故障诊断辨识算法——变分加权最小二乘法,并将该算法应用于某发动机的诊断分析中.结果表明:运用该方法可分析出测量数据和模型计算数据之间的差别,同时,利用所得的故障参数修正量修正原发动机数学模型,使模型计算推力与试验测量推力最大偏差由8.25%减小到1.66%,耗油率最大偏差由6.25%减小到1.50%.      

A GPA diagnostic system foraeroengine applications

In this research, a GPA(Gas Path Analysis) diagnostic system enhanced with GPA Index is described for gas path sensor and component fault diagnosis.A method of measurement correction is used in order that the measurement data obtained at un-standard ambient and operating conditions can be used for diagnostic analysis.The developed diagnostic system has been implemented into a Cranfield University gas turbine performance and diagnostic analysis software PYTHIA for gas turbine performance degradation analysis.The developed method and software have been applied to a model aero gas turbine engine to test the effectiveness of the system.The analysis shows that the developed diagnostic system can diagnose degraded sensor and components effectively using performance deviation measured at un-standard ambient and operational conditions.Theoretically, the idea of the diagnostic approach can be applied to different gas turbine engines.