A Novel PF-LSSVR-based Framework for Failure Prognosis of Nonlinear Systems with Time-varying Parameters

Particle filtering (PF) is being applied successfully in nonlinear and/or non-Gaussian system failure prognosis. However, for failure prediction of many complex systems whose dynamic state evolution models involve time-varying parameters, the traditional PF-based prognosis framework will probably generate serious deviations in results since it implements prediction through iterative calculation using the state models. To address the problem, this paper develops a novel integrated PF-LSSVR framework based on PF and least squares support vector regression (LSSVR) for nonlinear system failure prognosis. This approach employs LSSVR for long-term observation series prediction and applies PF-based dual estimation to collaboratively estimate the values of system states and parameters of the corresponding future time instances. Meantime, the propagation of prediction uncertainty is emphatically taken into account. Therefore, PF-LSSVR avoids over-dependency on system state models in prediction phase. With a two-sided failure definition, the probability distribution of system remaining useful life (RUL) is accessed and the corresponding methods of calculating performance evaluation metrics are put forward. The PF-LSSVR framework is applied to a three-vessel water tank system failure prognosis and it has much higher prediction accuracy and confidence level than traditional PF-based framework.     

一种跳跃式返回再入的预测—校正制导方法

再入地球大气是探月飞船返回的关键阶段,再入制导是返回再入中的难点问题.飞船跳跃式再入过程复杂,标准轨道制导方法难以满足任务要求,因此具有高精度和强鲁棒性的预测—校正制导方法成为解决问题的首选.以探月飞船跳跃式再入为背景,设计了数值预测—校正制导律,研究了基于嵌套式积分算法的航程快速预报方法和基于有界试位法的倾侧角剖面快速更新算法,提出了一种气动系数误差和大气密度误差的在线参数辨识方法,并基于最大偏差法和蒙特卡洛打靶法进行了仿真分析.结果表明,预测—校正再入制导方法在跳跃式再入问题上具有较高的精度和较好的鲁棒性.5 000 km再入航程时,开伞点误差在2.5 km以内.     

硝酸根与柠檬酸的摩尔比对低温燃烧合成钛酸钡的影响

以Ba(NO3)2-TiO2-C6H7O8@H2O为体系,在600℃的加热温度下进行低温燃烧合成实验,制得粒度为200n～350nm的四方相BaTiO3陶瓷粉体.研究表明体系中硝酸根与柠檬酸的摩尔比为2.5～3.0时,体系燃烧最完全,形成比表面高(2.47m2/g)、颗粒细小、孔隙率大的钛酸钡粉末.     

固体火箭发动机随机药柱结构分析参数的灵敏度研究

基于粘弹性随机有限元法(VSFEM)和多项式回归模型,分析了固体火箭发动机药柱结构的随机参数灵敏度。首先以近似不可压缩粘弹性有限元法为基础,结合Latin超立方抽样(LHS)技术获取多组输入、输出随机变量,然后采用多项式回归模型表示输入、输出随机变量之间的函数关系,利用最小二乘法估计多项式的各项系数,进而通过随机响应的显式表达式对药柱结构随机参数灵敏度进行了分析。所得结论可为固体火箭发动机工程设计提供参考。     

飞船返回舱压力应急返回再入过程舱内大气参数分析

在引入五个假设条件的基础上，通过分析压力应急返回再入过程座舱复压的物理模型，建立了压力应急返回再入过程中座舱大气环境参数变化的亚临界流复压和超临界流复压数学模型。并利用某航天器的标准返回弹道参数，对该模型进行了验算。地面模拟试验数据与利用该模型进行的理论计算数据误差小于3％，满足工程精度要求。     

某型发动机可靠性环境因子分析及应用

某型航空发动机在使用过程中故障率较高,结合其外场使用数据,以可靠性理论为基础,建立了基于Van Montfort方法的威布尔分布检验模型,根据该模型判定发动机主机的使用数据服从威布尔分布,确定了可靠度函数和故障率函数;针对发动机主机可靠性受环境影响的问题,建立了可靠性环境因子分析模型,以评估海洋环境条件对发动机可靠性的影响。并据此对使用单位和生产单位提出了一系列提高发动机使用可靠性的建议。     

混合排气加力涡扇发动机过渡态的数值计算

考虑混合室加力燃烧室、主燃烧室和外涵道的容积效应，风扇、压气机、高压和低压涡轮等部件的特性，加力燃烧室供油管的充油时间等因素，提出了模拟低涵道比混合排气加力涡轮风扇发动机过渡过程的计算方法，以混合室加力燃烧室、主燃烧室和外涵道3个容积室的动态方程为基础，详细分析计算了苛发动机过渡态的性能，用很小的时间步长逐渐逼近，计算不需要迭代，速度快，精度满足工程要求。     

基于相似参数的冲压发动机调节规律设计方法

调节规律对于冲压发动机设计,运行和控制都是十分重要的,冲压发动机工作在宽马赫数、大空域的范围内,由于冲压发动机工作状态受到多种因素影响,冲压发动机调节规律设计将是比较困难的。本文基于马赫数相似准则,定义了用以描述冲压发动机相似工作状态的相似参数,并给出了冲压发动机调节规律的设计方法,仿真结果表明了此方法是有效和简单化的,具有较好的工程应用价值。     

基于FDDPB方法的卫星姿态控制系统故障诊断

针对卫星姿态控制系统故障诊断问题,将执行机构及输出传感器的阶跃型和缓变型输出偏差统归于一种"参数偏差"型故障,介绍了改进的参数偏差型故障的实时检测与诊断 (FDDPB,Fault Detection and Diagnostics of Parameter Bias)算法,说明了此算法在卫星姿态控制系统执行机构和传感器故障诊断中的应用.引入卫星姿态动力学模型和飞轮模型,建立了算法仿真模型,选取执行机构阶跃型和缓变型故障作为故障注入条件,将该算法用于实验验证.仿真结果表明:该算法能够检测出系统发生的故障,且能够准确估计出故障幅值.      

基于混合区域极点配置的航空发动机全包线鲁棒变参数控制器设计

针对航空发动机全包线多变量鲁棒变增益控制器设计问题,提出了一种基于混合区域极点配置的鲁棒变参数控制方法。利用Jacobian方法建立多调度参数下的发动机仿射线性变参数(Linear parameter varying,LPV)模型,用于描述发动机全包线内的非线性动态特性;针对上述LPV模型,采用仿射参数依赖Lyapunov函数设计具有H∞鲁棒性能的状态反馈控制器,给出了控制系统全局稳定性的证明;并利用混合区域极点配置方法,将闭环系统极点配置到左半平面指定位置,以保证控制系统的动态特性及稳定裕度;进而引入凸多胞技术,将参数依赖线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)方程转化为有限维LMI进行控制器求解,并得到了全局解。针对涡扇发动机的仿真结果表明:存在复杂量测噪声干扰条件下,鲁棒变参数控制器可以实现发动机全包线内控制指令的精确跟踪,系统阶跃响应的调节时间不超过1.5s,系统无超调,对控制期望的稳态跟踪误差在0.02%以内,符合发动机控制系统技术要求。