基于神经网络模型的动态非线性气动力辨识方法

 在标准径向基函数（RBF）神经网络模型的基础上发展了带输出反馈的RBF神经网络。将计算流体力学(CFD)方法计算的时域气动载荷作为输入信号,建立跨声速非定常非线性气动力模型,并进一步运用CFD方法验证模型的精度。算例表明带输出反馈的RBF神经网络较标准RBF神经网络精度更高,能更准确描述跨声速激波大幅振荡时的非线性和非定常特性,并可推广用于多自由度运动的动态非线性气动力建模。用多级信号训练,预测简谐信号输入下的气动力算例表明带输出反馈的RBF神经网络能够预测不同振幅、不同频率的信号激励下的非线性气动力。     

基于深度学习的航空发动机不平衡故障部位识别

针对基于机匣测点的航空发动机不平衡故障部位识别问题,提出了基于深度卷积神经网络的航空发动机不平衡故障部位诊断方法。针对某典型双转子航空发动机,建立整机耦合动力学模型,并利用数值积分算法实现不平衡故障数值仿真;在从发动机压气机端到涡轮端的高、低压转子上选择4个不平衡故障部位作为诊断对象,通过仿真分析得到发动机典型转速下的转子不同部位不平衡故障的仿真样本;计算4个机匣测点信号的规范化频谱,通过对大量仿真数据的处理得到反映不同不平衡故障部位的故障样本集;利用仿真得到的大量不平衡故障样本,训练深度卷积神经网络,利用深度卷积神经网络的优良特征学习能力实现航空发动机不平衡故障的不同部位进行识别,数值试验结果表明该方法对航空发动机不平衡故障部位的识别准确率达到95%。     

Al-Cu-Mg-Ag合金强度性能的支持向量回归预测

为了研究不同时效工艺下Al-Cu-Mg-Ag合金强度性能,根据实测数据集,应用基于粒子群算法(PSO)寻优的支持向量回归(SVR)方法,建立了SVR预测模型.模型以Al-Cu-Mg-Ag合金时效温度与时效时间为输入,合金的抗拉强度、屈服强度为输出.经过与BP神经网络模型进行比较,结果表明:对于相同的训练样本和检验样本,支持向量回归模型比BP神经网络模型具有更高的预测精度.     

基于机器学习的单孔绝热气膜冷却效率分布预测研究

为了研究利用机器学习技术对绝热冷却效率进行直接预测的方法及特点,搭建了基于上采样卷积神经网络的机器学习模型,生成了用于训练以及验证的数值模拟数据集,使用了监督式学习的方法对模型进行了训练.训练使用反向传播算法和基于随机梯度下降的Adam优化算法,输入模型的参数包括吹风比、主流湍流强度、喷射角、孔形状、孔尺寸,模型输出为...     

多源数据融合与改进注意力机制的轴承智能故障诊断

单一传感器信号不能全面表达机械设备的运行特征且容易受到自身品质、性能的影响,为此本文提出了一种多源数据融合与改进注意力机制相结合的滚动轴承智能诊断方法。采集不同位置的传感器振动信号作为模型的输入向量,每一个传感器信号作为一个通道,将多通道信号同时送入模型特征输入层;引入改进注意力机制建立各通道和空间动态权重参数,随着模型训练,不断增强故障特征、弱化无用特征;运用深度卷积神经网络模型的卷积、池化等操作将多传感器信号进一步融合并提取故障特征,输出诊断结果。在进行滚动轴承故障诊断实验时,该方法诊断准确率达到100%,高于准确率最佳值为97.42%的单传感器。与其他方法相比,本文方法可以自适应融合多传感器数据以满足诊断任务的要求,具有良好的自适应性和鲁棒性,为滚动轴承的故障诊断提供了一种可行的方法。     

基于卷积神经网络的ZPW-2000R轨道电路运行状态智能识别

为提高ZPW-2000R轨道电路诊断系统的判定准确性和运行效率,提出了一种基于卷积神经网络的轨道电路运行状态智能识别方法。首先,根据轨道电路监测数据集构建轨道电路运行状态灰度图谱,以精准表达轨道电路的运行状态,并通过图像缩放建立实验样本;其次,构建卷积神经网络模型并对轨道电路运行状态灰度图谱进行特征提取与模式识别。实验结果表明,本文提出的方法对轨道电路运行状态识别的准确率为100%,可有效识别轨道电路正向占用状态、逆向占用状态和空闲状态。     

基于卷积门控循环网络的滚动轴承故障诊断

针对许多基于深度学习的滚动轴承故障诊断方法在小样本数据集下诊断性能下降的问题,提出一种基于卷积门控循环神经网络的轴承故障诊断模型。该模型使用两层的卷积网络来从输入信号中提取特征,同时使用tanh函数作为激活函数,且池化层使用大池化核来进行重叠下采样。将所提取得到的高层特征连接到双向门控循环网络。合并循环网络正向和逆向的最后一个状态,并连接一层全连接层进行输出。选用凯斯西储大学的轴承故障数据集来验证模型在小样本数据集下的诊断性能,实验结果表明,相比于其他类型的模型,该模型在仅有20个训练样本的情况下依然保持97%的识别准确率。      

基于时序数据-BP神经网络的电力能耗分析研究

为了更好地对电厂中机组的能耗问题进行分析研究,根据电厂不同工况的参数指标,建立电力企业能耗仿真BP神经网络模型。归一化处理电厂运行过程中各类传感器采集的数据,采用负荷、环境温度、排烟温度、背压、含氧量等指标,并加入时序历史能耗作为输入参数;利用电力企业短时能耗作为输出参数;通过采用不同时间窗口的连续时序能耗参数指标和热力学相关参数作为输入,在神经网络中不同中间层的隐层节点数下进行仿真实验。结果表明,基于时序历史能耗数据的电厂指标参数在包含21个隐层节点数的BP神经网络模型上能够在线仿真出精度较高的短时供电能耗数据。所建的电力能耗预测模型将为后续电厂的节能减排、负荷优化,提供理论参数支撑。     

涡轴发动机试飞辅助监控模型研究

为了完成飞行试验中的涡轴发动机重要参数监控,利用飞行试验数据结合神经网络方法建立了某涡轴发动机的重要参数模型,输出参数包括发动机轴功率、耗油率、燃气涡轮后温度。通过对比模型输出和试验状态点,评估了模型的准确度,确定了模型应用的置信区间。将神经网络模型应用于飞行试验中不同高度、不同温度条件下的数据,模型输出结果与试验结果吻合较好,证明了模型的有效性。     

一种高泛化能力的神经网络气动力降阶模型

神经网络模型的泛化能力是指模型对于新样本的适应能力,而当前基于神经网络的非线性气动力模型往往泛化能力不足。针对这一局限,发展了一种基于计算流体力学的带验证信号气动力降阶模型,用于跨声速气动力预测。采用递归径向基函数神经网络,通过引入差分进化算法,对模型中隐含层神经元宽度进行优化,优化目标为验证信号的均方根误差最小。训练信号采用结构大幅振荡的位移和气动力响应,用小扰动下微幅运动的信号作为验证信号。算例表明建立的降阶模型不仅具有比全阶数值模拟更短的计算时长,并且由于采用了小幅运动的验证信号,使模型在不同频率和振幅下的泛化能力得到增强。     

基于“分段-组合”残差神经网络的超声速氢气零维点火计算方法

受限于发动机燃烧数值模拟需要长时间超级计算机运行的问题，发展了一种基于“分段-组合”残差神经网络的氢气零维点火计算方法。以氢气零维点火算例为基础，基于自主研发的高超声速内外流耦合数值模拟软件AHL3D构建数据集。数据集中输入变量为超声速工况下的温度、压强及8种组分质量分数的初始状态值，输出变量为3000个时刻点的温度、压强及8种组分质量分数状态值。构建了一种“分段”训练、“组合”预测的残差神经网络框架。算法首先将高维输入数据进行降维训练，再将“分段”模型预测后的参数冻结形成“组合”模型。与氢燃料直接计算相比，实验结果表明“分段-组合”残差神经网络可显著提升计算效率，对于11组分29反应的反应动力学模型可获得9.13倍的计算加速比，均方根误差降到了7.85×10-5，氢燃料参数的预测精度都高于98%，计算效率及精度优于现有的神经网络燃烧计算方法。     

航天飞机三维最优再入轨道及气动加热过程

本文应用现代控制理论研究了航天飞行器三维最优再入轨道和与轨道参数密切相关的气动加热过程。文中选择飞行器迎角和倾斜角作为控制变量,以飞行器气动加热率和飞行过载沿轨道积分最小作为优化性能指标,按极大原理导出最优再入轨道有约束控制的非线性两点边值问题。采用了数值优化方法——共轭梯度法求解有升力飞行器的最优再入轨道及其热过程。文中以允许误差法讨论了权系数和罚函数的选取方法;对不同速度范围研究了不同的加热模型;按热平衡方程与优化轨道同步迭代的方法求得了算例数值结果。算例的数值结果与文献[13]的量值是一致的。     

一种基于神经网络的航空发动机剩余寿命预估方法

针对航空发动机剩余寿命预估中模型建立困难且计算精度低等问题,提出了一种基于卷积神经网络和长短期记忆神经 网络进行航空发动机剩余寿命预估的方法。利用卷积神经网络中的卷积层与池化层提取传感器数据中的特征,并依据卷积层提 取出的特征,利用长短期记忆神经网络进行时间序列预测,并使用全连接层输出航空发动机剩余寿命。在NASA的C-MAPSS提 供的涡扇发动机退化仿真数据集上对该方法进行了验证。结果表明：基于卷积神经网络和长短期记忆神经网络的航空发动机剩 余寿命预估方法,可以在保证预测精度的前提下,对航空发动机剩余寿命进行较为保守的预估,在保证资源不被浪费的情况下,尽 可能提前发出故障预警信号,从而提高飞行的安全性,进而为航空发动机健康管理系统提供有用信息。该预测方法在对称指标和 非对称指标上均优于此前提出的方法。     

基于飞行过程数据的航空发动机故障诊断方法研究

针对航空发动机飞行过程数据,结合门控循环单元（GRU）动态网络和深度神经网络（DNN）,提出了一种数据驱动的航空发动机故障诊断结构。首先,从飞行数据中抽取发动机健康数据,并通过一组GRU网络建立发动机在健康状态下的动态模型。其次,通过GRU动态模型的预测值与真实测量信号生成残差信号,残差信号作为DNN网络的输入预测发动机健康参数。最后,通过诊断决策模块实现对发动机的故障检测与识别。使用仿真生成的真实飞行工况数据集对提出的故障诊断系统进行了验证。结果表明,相比于直接使用传感器测量数据,基于GRU网络的残差结构能够大幅提升故障检测和识别性能,故障检测和识别准确率分别可达96.51%和95.06%,并且对训练数据样本数量的依赖性较小,较少的训练样本也能获得很好的预测结果。     

基于神经网络的飞行科目模板样本集建立方法

为建立某一飞行科目的模板样本集,提出一套基于神经网络和卡尔曼滤波的数据处理方法。任选一次试飞样本,建立Kohonen自组织神经网络进行参数降维、聚类分析、特征提取等,使样本量缩减90%以上,得到该科目的模板样本集。用处理后的样本训练BP神经网络,对其他未经处理的试飞样本进行载荷预测,误差均在3%之内,说明处理后的样本能代表该科目的数据特点,即为模板样本集。方法可以为飞机载荷监控数据库的完善工作服务。     

基于卷积神经网络的疲劳驾驶识别

机组人员疲劳驾驶是引发航空事故的原因之一。现有的研究缺少将脸部信息融合的疲劳表情识别,对疲劳表情识别可有效提高疲劳驾驶识别准确率。根据卷积神经网络的基本结构,将卷积核大小为1×1的卷积层加在输入层之后,让网络深度增加、提高特征学习能力、增加输入数据的非线性表示,同时对计算量基本无负面影响,采用线性修正函数ReLU作为激励函数解决模型在训练中梯度消失问题,提出了一种改进的卷积神经网络模型。基于LFW数据集筛选出正常、说话、疲劳3种状态表情,对其进行预处理建立疲劳表情数据集。训练完成的CNN模型对自建疲劳表情数据集实验识别准确率为88.3%,平均识别时间为20ms,与传统疲劳驾驶识别方法相比具有准确率高和实时高效的优点。与未改进的卷积神经网络相比,识别准确率提高了5.02%。     

神经网络在发动机自适应建模中的应用研究

提出了一种新的基于神经网络的发动机自适应实时模型的建模方法。建模的思想是认为发动机的任何非额定工作都将导致其输出参数的变化,因而可以把这些参数偏离正常工作参数值的变化量,也就是输出偏离量,用来表征发动机的非额定工作情况。把它们作为增广的状态变量,设计卡尔曼滤波器对其进行最优估计,然后用这些输出偏离量的估计值,通过由BP神经网络训练出来的可测输出偏离量与未测输出偏离量的映射关系来校正机载发动机模型的计算输出,使之与真实发动机的输出一致,从而使实时机载模型获得对任何发动机非额定工况的自适应能力。      

绕飞监测小卫星姿轨联合自适应控制研究

针对小卫星近距操作过程中轨道和姿态控制问题,建立了小卫星相对轨道和姿态的误差动力学模型。采用相对轨道和姿态联合控制策略,并考虑小卫星作业过程中质量和转动惯量的不确定性,设计了自适应输出反馈控制律,并证明了其稳定性。最后以对圆轨道目标星近距离环航为例,根据作业任务和姿态指向要求,设计了小卫星相对轨道和姿态的期望运动,应用所提出的控制策略及相应的控制律进行了数值仿真。结果表明,系统跟踪误差能够较快收敛,说明了控制策略的有效性。     

基于神经网络的翼型积冰预测

采用神经网络方法对翼型表面的积冰进行了预测研究.建立了一种型面曲线坐标系,通过坐标变换将积冰外形转化为几何曲线.利用傅立叶级数对此曲线进行拟合,实现积冰外形的参数化.以结冰条件作为输人,冰形参数作为输出构建神经网络,对NACA 0012翼型表面的积冰进行预测.通过将预测结果与实验结果以及数值模拟结果进行对比,说明所提出...     

一种用于故障诊断的定常线性系统的建模方法

提出了以系统脉冲响应序列作为闭环系统模型的建模方法,并且给出了这种建模方法的计算方法以及模型输出的计算方法。这种闭环系统建模方法保留了脉冲响应序列中的高频成分,避免了从脉冲响应序列向传递函数变换过程中丢失脉冲响应函数高频信息的缺点;同时,也避免了神经网络每次学习结果获得的网络模型不确定的缺点。采用该方法建立的闭环系统模型精度非常高并且可以应用在故障诊断的系统中。文章最后以数值仿真和实际带随机干扰的系统为例,证明该方法是有效的。