速率限制舵机描述函数模型研究

基于电传飞行控制系统中速率限制舵机的非线性特征,建立了速率限制舵机的简化模型.提出运用描述函数法建立速率限制舵机的精确正弦描述函数模型、高度饱和与近饱和描述函数模型.将高度饱和与近饱和描述函数模型的频率特性与精确正弦描述函数模型的频率特性进行了对比研究,获得了高度饱和与近饱和描述函数模型的使用域.研究结果可为控制系统中...     

基于传递函数识别的导弹电动舵机故障诊断

分析了现有导弹舵机故障诊断的现状和不足,建立了电动舵机系统各组成部分及整个舵机系统的传递函数模型,利用LAV算法确定系统的传递函数及各系数。通过比较传递函数的正常值与估计值,从而得出系统是参数超调性故障或损坏性故障。利用传递函数中各系数与元部件之间的对应关系确定出故障的范围。仿真实验验证了方法的可行性,表明该方法可以快速确定故障的部位,具有较高的效率。     

基于人机闭环稳定性的舵机速率限制边界

舵机速率限制是造成电传操纵飞机人机耦合的主要原因。利用描述函数法对舵机速率限制非线性进行建模,分析舵机速率限制非线性、人机耦合发生频率及人机闭环稳定性间的关系,并基于此提出舵机速率边界的确定方法;以典型放宽静稳定性飞机为例,基于最优McRuer驾驶员模型,确定人机闭环稳定性所需的最小舵机偏转速率;基于开环起始点(OLOP)准则对所确定的速率限制边界进行验证。结果表明:本文提出的舵机速率边界的确定方法最小成本地避免了人机耦合;所确定的舵机速率限制边界与OLOP准则边界对应的舵机速率基本吻合,即所建立的舵机速率限制边界确定方法合理。     

面向故障仿真的舵机系统建模方法研究

传统的基于传递函数和非线性微分方程的舵机系统模型无法直接描述舵机组件的物理参数,而这些参数直接反应组件的健康状况。专业的电路仿真软件的出现,为解决这一问题提供了方法。针对舵机系统故障仿真的需求,设计舵机模型原理框图;选用电路仿真软件Proteus搭建舵机的电路模型,设计单片机程序,实现舵机位置随动功能;分析模型的时域响应和频域响应特性,验证舵机系统电路仿真设计方法的可行性。以直流电机线圈电阻的故障模式为例,进行了故障仿真分析。     

主动侧杆引导下的Ⅱ型驾驶员诱发振荡抑制

现代飞机采用放宽静稳定性构型和侧杆控制器操纵,使得舵面速率饱和引起的驾驶员诱发振荡（PIO）成为影响飞行品质的一个重要因素。针对舵面速率饱和引起的Ⅱ型PIO问题,设计了主动侧杆人感系统,其弹性系数随着舵面偏转速率饱和的发生而改变,从而达到抑制速率饱和的作用。基于主动侧杆引导下的人机闭环系统模型,仿真分析和飞行品质评价验证表明,基于系统误差在线调整人感系统弹性系数,能够降低舵机速率饱和的程度,改善飞行品质,有效抑制舵机速率饱和引起的Ⅱ型PIO。     

基于模型的双转子-支撑系统快速故障识别方法

建立了双转子-支撑系统的有限元模型,模拟了质量不平衡故障和局部轴弯曲故障下的振动信号.根据有限元模型,提出了基于模型的双转子-支撑系统故障识别方法,依次通过单一故障遍历、双故障遍历和三故障遍历方法,实现了故障快速准确识别.仿真结果表明:该方法能够准确识别单一故障和多故障,同时确定故障发生的位置、严重程度和相位情况,优化了故障识别过程,理想情况下减少了98.9%的计算量,加快了故障识别的速度.此外,比较了添加了不同信噪比噪音信号的诊断结果,诊断结果相对误差控制在1%左右,表明该方法具有良好的抗噪声干扰的能力.      

基于加强谱峭度的航空发动机齿轮毂故障诊断

针对航空发动机减速器一级齿轮毂故障诊断问题,提出了一种基于小波包和CHI-LMD(三次Hermite插值-局部均值分解)的加强谱峭度的故障诊断方法。在用AR(自回归)参数模型对原始信号进行降噪后,首先采用小波包对信号进行分解,并结合谱峭度找出特征频带,继而用CHI-LMD对特征频带进行再分解获得若干PF分量,最后对获得的PF分量计算谱峭度作为故障识别参数。利用此方法对10组待识别信号的诊断结果表明,该方法能有效识别减速器一级齿轮毂故障,在不拆卸发动机的情况下实现了对目标的诊断。     

阵风载荷减缓系统故障分析

阵风引起的额外载荷会引起飞机结构疲劳,降低结构使用寿命。采用非定常气动力有理函数拟合方法建立时域状态空间下的动力学系统,设计了阵风载荷减缓系统。研究了阵风载荷减缓系统3种典型故障模式(副翼偏转饱和、舵机卡死、副翼偏转延时)的力学建模方法,并对机翼在阵风减缓系统故障模式下的阵风响应进行分析。仿真结果表明,3种故障模式均不利于阵风载荷减缓系统对阵风载荷的减缓,对于一些特定情况,故障模式下的阵风载荷减缓系统不仅不能减缓阵风载荷,还会带来由副翼偏转不当引起的额外负载。     

基于形态分量分析与阶次跟踪的齿轮箱复合故障诊断方法

针对变转速下齿轮箱复合故障的故障特征提取,提出了基于形态分量分析与阶次跟踪的齿轮箱复合故障诊断方法.该方法根据齿轮箱复合故障振动信号中齿轮和滚动轴承故障成分的形态差异性,先用形态分量分析将其分解为包含齿轮局部故障信息的谐振分量、包含滚动轴承局部故障信息的冲击分量和随机噪声分量,再根据实测转速信号分别对谐振分量和冲击分量进行包络阶次分析,根据各包络阶次谱诊断齿轮箱复合故障.算法仿真和应用实例表明:该方法能有效分离变转速下齿轮和滚动轴承的故障特征,且其故障特征提取效果要优于传统的包络阶次谱方法.      

航空发动机中介轴承的故障特征与诊断方法

提出了转差域频谱和转差域包络谱的概念,建立了诊断航空发动机中介轴承故障的方法.利用发动机高、低压转差作为触发信号,对发动机振动信号进行等转差周期采集,并在转差域对振动信号进行频谱和包络谱分析.结果表明:不平衡响应、不对中响应以及外环静止的轴承故障响应等振动信号在转差域频谱和转差域包络谱上的位置随转速变化;而中介轴承的故障响应在转差域频谱上的边频成分间距不随转速变化,具有倍频“恒间距”特征;在转差域包络谱上的位置也不随转速变化,具有“恒频”特征.带外环故障的中介轴承实验表明:转速变化时,在转差域包络谱中,外环故障特征倍频成分位置不变;在转差域频谱中,出现间隔宽度恒定为外环故障特征倍频的频率成分.      

多操纵面飞机舵面损伤的快速故障诊断

针对多操纵面飞机舵面损伤的快速故障诊断问题,提出一种直接估计舵面偏转量的自适应补偿观测器方法。首先,设计了增广观测器进行系统输入估计,并提出了自适应补偿方法解决其动态跟踪性能差的问题;其次,设计了一种新的自适应阈值以快速检测故障并降低虚警率;最后,利用舵面故障特点,采用重置初值的限定记忆最小二乘方法实现了对突变参数的实时估计,用以进行故障隔离。仿真结果表明:在不同的舵面损伤故障情况下,所提出的观测器方法能在20 ms内发出故障预警,并在0.22 s内确定故障位置,所采用的辨识方法可以在故障报警后的0.2 s内准确估计出损伤程度。     

基于不确定传感器状态的机载系统多层故障诊断方法

准确的机载系统故障诊断是保证飞机安全飞行和实现经济效益最大化的重要途径。然而传感器受到内外部环境条件的影响而不可避免的存在检测状态的不确定性,因此基于单个传感器或局部区域传感器综合检测结果的方法难以完全保证故障诊断的有效性和正确性。针对飞机机载系统的结构和工作原理,充分利用系统中不同层级、不同区域传感器检测特征之间的关联关系,考虑单个传感器本身存在的不确定性,构建了传感器信息前向融合与反向校验相结合的分层诊断决策方法,实现了对系统状态和传感器状态的双重估计与更新,克服了单一传感器故障对系统诊断推理准确度的影响。该方法较传统故障诊断模型,不再依赖某一个或某一类传感器信息的绝对可靠,在实现系统级的准确故障诊断同时,还能判断具体某一传感器本身是否发生虚拟警。在飞机液压系统故障诊断案例中,新方法成功将系统故障诊断的虚警率降低了96%,传感器的不确定度降低了84%。     

基于卡尔曼滤波器的主燃油计量装置故障诊断

为了建立主燃油计量电液执行机构(EHA)的故障诊断算法,分析了主燃油计量液压机械控制装置的工作原理,提出了1种建立主燃油计量线性变参数(LPV)模型的方法,设计并得到基于离散卡尔曼滤波器的主燃油计量电液执行机构位移输出的残差生成器。仿真结果表明:该残差生成器具有对故障敏感而对噪声和建模误差不敏感、对残差的动态响应快,幅值变化较大的特点,有效降低故障误报警率和漏报警率。     

Fault Detection and Diagnosis of Aircraft Actuators using Fuzzy-Tuning IMM Filter

This paper proposes a new interacting multiple model (IMM) filter for actuator fault detection. Since each individual filter of the IMM filter uses the combined information of the estimation values from all the operating filters, it can effectively estimate system parameter variations, thereby it can diagnose the actuator damage with an unknown magnitude. In this study, to diagnose the actuator failure fast and accurately, fuzzy logic is used to tune a transition probability among multiple models. This makes the fault detection process smooth and reduces the possibility of false fault detection. Also, a discrete fault tolerant command tracker is derived to cope with actuator damages. To validate the performance of the proposed fault detection and diagnosis (FDD) algorithm, numerical simulations are performed for a high performance aircraft system.     

Robust adaptive fault-tolerant control of a tandem coaxial ducted fan aircraft with actuator saturation

This paper is concerned with the robust adaptive fault-tolerant control of a tandem coaxial ducted fan aircraft under system uncertainty, mismatched disturbance, and actuator saturation. For the proposed aircraft, comprehensive controllability analysis is performed to evaluate the controllability of each state as well as the margin to reject mismatched disturbance without any knowledge of the controller. Mismatched disturbance attenuation is ensured through a structured H-infinity controller tuned by a non-smooth optimization algorithm. Embedded with the H-infinity controller, an adaptive control law is proposed in order to mitigate matched system uncertainty and actuator fault. Input saturation is also considered by the modified reference model. Numerical simulation of the novel ducted fan aircraft is provided to illustrate the effectiveness of the proposed method. The simulation results reveal that the proposed adaptive controller achieves better transient response and more robust performance than classic Model Reference Adaptive Control (MRAC) method, even with serious actuator saturation.     

航空发动机燃油系统执行机构故障诊断及验证

研究了基于执行机构模型以及发动机逆模型的发动机燃油系统执行机构及其传感器故障诊断方法.基于发动机半物理仿真试验台试验数据建立执行机构小闭环传递函数模型,通过二次多项式拟合将油针位置转换为燃油流量.提出基于自校正在线训练神经网络算法建立发动机逆模型,以离线训练网络参数初始化在线系统,基于阈值更新网络参数,并对学习速率进行自校正,以提高算法的泛化能力及收敛速度.对比执行机构模型输出、发动机逆模型输出与LVDT传感器测量位移换算得到的燃油流量,基于阈值判断故障状态.在T700涡轴发动机半物理仿真试验平台上进行试验,实现了在发动机额定及各种性能退化状态下,执行机构及其传感器漂移和偏置故障的准确诊断及定位,验证了算法的有效性.     

航空发动机故障诊断算法性能分析及参数优化

基于航空发动机故障诊断测试平台,通过蒙特卡洛仿真得到涡扇发动机部件、传感器及执行机构典型故障数据,经过参数换算、趋势监测、异常检测等过程进行故障诊断,采用加权最小二乘法实现故障隔离.利用故障诊断测试平台中的评估指标准则对诊断算法性能做出定量评估,采用遗传算法对虚警率、漏报率和Kappa系数等关键参数进行优化.     

A persymmetric multiband GLR algorithm

By exploring the covariance structure information to reduce the uncertainty in adaptive processing, a persymmetric generalized likelihood ratio algorithm (PGLR) is developed together with the closed-form expressions of probabilities of detection and false alarm. This multiband algorithm, which requires less computation, can significantly outperform the corresponding unstructured multiband GLR algorithm, especially in a severely nonstationary and/or nonhomogeneous interference environment. Simulation shows that the constant false alarm rate (CFAR) performance of the new algorithm is as insensitive as that of the unstructured multiband GLR to the departure of interference distribution from Gaussian     

基于改进归纳式监控算法的液体火箭发动机实时故障检测

对归纳式监控算法（IMS）应用于故障检测时虚警率高的问题,提出一种改进IMS.改进后的算法对测试时可能出现的野点进行了处理,降低了待测数据中野点对测试结果的干扰.以某型液体火箭发动机仿真试车数据为例,进行了使用IMS的实时故障检测实验.结果表明,原始IMS在进行故障检测时会出现多次虚警,改进后的IMS在实时准确的同时,虚警率大大降低,由37.5%降低至0,达到液体火箭发动机故障检测程序的要求.      

伺服回路故障检测方法研究

航空发动机伺服回路复杂,其工作可靠性和故障容错性对于发动机安全至关重要,因此研究伺服回路的故障检测技术十分必要.提出1种基于模型监控的快速伺服回路故障检测方法,根据伺服回路物理机构从电气到机械进行故障的逐级检测,通过比较器的设计实现回路故障的快速判断.与试验结果对比表明:该方法能够准确检测系统故障,并且缩短了系统判故时间,简化了伺服机构建模和软件代码实现.为数控系统快速检测故障提供了高效的技术手段,具有一定的通用性.