轴流压气机旋转失速建模与检测:Ⅰ——基于确定学习理论与高阶Moore-Greitzer模型的研究

喘振和旋转失速是轴流压气机研究领域中重要而困难的问题.本文基于确定学习理论及动态模式识别方法提出一个旋转失速初始扰动近似准确建模和快速检测的方法.首先,基于高阶Moore-Greitzer模型(Mansoux模型),利用确定学习理论提出一个对旋转失速初始扰动的内在系统动态的近似准确建模方法;其次,基于以上近似准确建模,利用动态模式识别方法提出一个对旋转失速初始扰动的快速检测方法.基于MIT的Mansoux-C2模型仿真研究验证了所提方法的有效性.最后,在北京航空航天大学航空发动机重点实验室的低速轴流压气机试验台上开展了试验研究.通过对低速轴流压气机试验台参数进行测量,得到基于北航低速轴流压气机试验台的Mansoux模型.通过对基于北航试验台Mansoux模型进行仿真研究,验证了所提方法的有效性.

轴流压气机旋转失速建模与检测Ⅱ:基于北航低速压气机试验台的实验研究

轴流压气机旋转失速和喘振的提前检测对于提高压气机工作效率和稳定性具有重要的意义.本文以北京航空航天大学航空发动机重点实验室的低速轴流压气机实验台为研究对象,基于确定学习理论及动态模式识别方法,开展旋转失速初始扰动近似准确建模和快速检测研究.首先,在压气机机匣壁面周向布置多个动态压力传感器,获取压气机失速前和失速先兆的动态压力信号,基于确定学习理论对旋转失速初始扰动的内部系统动态进行建模;其次,基于以上建模,利用微小振动故障检测方法实现对旋转失速的离线和在线提前检测.实验结果表明,本文所提方法能够在不同转速情况下,提前0.3 s^1 s实现对旋转失速的实时在线检测.

LabVIEW多核技术在动态模式识别算法中的应用

利用LabVIEW多核编程环境,采用曙光16核服务器作为硬件平台,实现了动态模式识别下的多模式快速识别。同时,以压气机Mansoux模型为应用背景,设计压气机旋转失速识别快速检测系统,该系统解决了基于确定学习理论的多模式识别算法中涉及的大量计算问题,实验结果和性能分析进一步验证了该检测系统的快速性和可行性。

基于确定学习理论的轴流压气机系统分岔预测

针对轴流压气机系统中的分岔预测问题,基于简化的Moore-Greitzer 3阶压气机模型,分析了该系统中存在的分岔现象;利用最新发展的确定学习理论,对压气机系统随着γ参数变化出现的几种典型模态的相关系统动态进行辨识,并将所学知识保存成常值RBF神经网络以构成模式库;利用该模式库构建1组嵌入了常值RBF神经网络的动态估计器;将测试模式与估计器相比,得到1组残差,并利用动态模式识别方法的残差最小原则实现了对Pitchfork分岔的预测。

基于MBSE思想的航空发动机控制系统设计方法

在航空发动机控制系统设计开发过程中,存在需求理解偏差、需求实现描述不清晰、设计过程缺失等问题,严重影响产品后续使用。为了构建完整、规范、准确的系统设计要求,完整描述系统设计过程,引入基于模型的系统工程思想。通过需求分析将用户需求条目化,并对每条需求进行确认, 通过功能分解,将复杂系统模块化, 利用功能描述将需求量化、图形化,明确各项功能的具体行为, 在要求制定过程中引入数据流管理,将整个系统设计过程有机结合在一起。结果表明:采用基于模型的系统工程思想构建满足产品研发的控制系统正向设计方法,实现了顶层需求的100%覆盖和追溯,可将模糊的需求通过建模方式具体化、显形化。通过N_1测量对设计方法进行了验证,表明该方法可用于工程设计。

航空发动机传感器解析余度模型的建立方法

为了使用解析余度模型对传感器故障进行诊断,提出了1种基于K-均值聚类与改进微分进化算法优化的极端学习机(IDE-ELM)的发动机传感器解析余度模型建立方法。为避免求解ELM算法时H矩阵奇异,采用K-均值聚类对试验数据进行聚类处理,然后从每类数据中选取1组数据组成训练样本用于训练;利用IDE算法优化ELM的输入层权值和偏置,提高ELM的泛化能力。利用飞行试验数据进行了仿真验证。结果表明:基于K-均值聚类和IDE-ELM设计的传感器解析余度模型具有较高的精度,可用于FADEC系统双通道传感器的故障诊断。

辅助动力装置控制系统传感器智能解析余度方法

针对辅助动力装置(APU)控制系统传感器故障,提出了一种基于协方差优化集成极限学习网络(COSELM)的传感器智能解析余度方法。该方法能够根据在线序列预测误差的最小方差来自适应更新单个在线序列极限学习机的权重系数,发挥和权衡各个学习模型的优势,通过提高模型算法的稳定性和泛化性,改善传感器智能解析余度的精度。通过在某辅助动力装置控制系统传感器解析余度的验证表明,提出的COSELM方法可以解决传感器在发生偏置故障时的信号重构问题,重构误差不超过1%,适用于不同辅助动力装置个体,为其提供可靠的解析余度。

带数字电子备份的发动机控制系统设计与验证

在常规双余度数字电子控制系统基础上,提出了一种带数字电子备份的发动机控制系统方案。在主控系统失效时,数字电子备份系统可接替主控系统实现发动机各项功能的控制,提升了系统的任务可靠性;将备份系统内置于液压机械组件内部,提升系统的抗电子干扰和耐电磁能力。半物理和整机验证结果表明:主、备系统之间以及系统与发动机之间工作匹配良好;主备切换功能正常,切换过程参数平稳过渡,巡航状态下切换,推力扰动小于1.5%;备份系统各项控制功能正常,主控参数压比控制精度小于0.1、摆动量小于0.1,导叶控制精度小于0.15°、摆动量小于0.2°,加、减速过程燃油和导叶跟随良好,稳态、过渡态性能均满足发动机使用要求;散热设计满足器件的使用要求。