專利名稱：航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子剩余壽命的多變量支持向量機預(yù)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于壽命預(yù)測領(lǐng)域，具體涉及一種航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子剩余壽命的多變量支持向量機預(yù)測方法。
背景技術(shù)：
目前，世界各國和各大航空公司都非常重視航空發(fā)動機安全技術(shù)的研究。波音和空客的多種型號飛機均配備有完整的狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷系統(tǒng)，平均監(jiān)測參數(shù)達(dá)15個之多。雖然狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷系統(tǒng)在分析航空發(fā)動機上已經(jīng)比較常見，但是因疲勞裂紋和軸承失效導(dǎo)致的空中停車事故卻層出不窮。因此深入研究轉(zhuǎn)子裂紋的擴展，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的狀態(tài)監(jiān)測和剩余壽命預(yù)測，可以為改進(jìn)航空發(fā)動機的安全性、可靠性奠定堅實的理論基礎(chǔ)。支持向量機是一種解決小樣本分類與預(yù)測問題的機器學(xué)習(xí)算法。該方法建立在統(tǒng)計學(xué)習(xí)理論的基礎(chǔ)上，已成功應(yīng)用于金融、電力等眾多系統(tǒng)的預(yù)測中。然而，目前的支持向量機預(yù)測都是針對單變量時間序列的預(yù)測。所謂的單變量時間序列是指某種現(xiàn)象某一個統(tǒng)計指標(biāo)在不同時間上的各個數(shù)值，按時間先后順序排列而形成的序列。單變量支持向量機單獨提取一個變量進(jìn)行研究，在預(yù)測過程中既不經(jīng)濟，也不準(zhǔn)確，無法滿足壽命預(yù)測需要。因此亟需研究一種可在小樣本條件下利用多種信息綜合預(yù)測壽命的方法。多變量預(yù)測理論是利用可觀測的多種信息和變量綜合描述事物的發(fā)展規(guī)律，并預(yù)測其未來狀態(tài)的理論方法，可以有效解決多種因素影響下的壽命預(yù)測問題。研究某種現(xiàn)象或者預(yù)測某種變化時，需要同時觀測和記錄多個指標(biāo)，根據(jù)多個變量自身變化規(guī)律和變量之間的依存關(guān)系綜合預(yù)測整個事物的發(fā)展，然而傳統(tǒng)的多變量預(yù)測方法處理小樣本條件下的預(yù)測問題仍然存在一些困難。航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子服役工況復(fù)雜，其疲勞破壞是受多種因素綜合影響的問題，并且由于試驗周期長、費用昂貴等限制而成為小樣本問題，因此發(fā)展針對航空發(fā)動機的壽命預(yù)測方法非常必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子剩余壽命的多變量支持向量機預(yù)測方法，充分利用支持向量機適用于小樣本條件下預(yù)測和多變量預(yù)測綜合考慮多影響因素的優(yōu)點，構(gòu)造多變量支持向量機，用于航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子的壽命預(yù)測問題，算法的運算速度快、預(yù)測精度高。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:I)選擇航空發(fā)動機已服役時間、載荷譜、轉(zhuǎn)速和振動信號特征，作為輸入?yún)?shù)；2)基于多變量預(yù)測方法，建立剩余壽命的多變量支持向量機預(yù)測模型，然后利用已知的訓(xùn)練樣本進(jìn)行訓(xùn)練并預(yù)測，從而在小樣本條件下獲得航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子的剩余壽命。所述步驟I)的具體方法為:首先，選擇航空發(fā)動機已服役時間作為輸入?yún)?shù)；其次，選擇航空發(fā)動機載荷譜中的應(yīng)力比、彎矩峰值、扭矩峰值以及轉(zhuǎn)速也作為輸入?yún)?shù)；最后，采集航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子運行過程的振動信號，從振動信號中提取峭度特征，利用位移峰峰值并結(jié)合瞬時彎矩和瞬時扭矩計算抗彎剛度和抗扭剛度，將峭度特征、抗彎剛度以及抗扭剛度也作為輸入?yún)?shù)。所述步驟2)的具體方法為:定義抗扭剛度和抗彎剛度中任意一個下降到初始值的85%時為疲勞失效時刻，該時刻對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)為1，I減去某時刻對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)即得到剩余循環(huán)次數(shù)，結(jié)合轉(zhuǎn)速即得到剩余壽命；設(shè)L為待預(yù)測變量，此處待預(yù)測變量為某時刻對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)；給定樣本集S
權(quán)利要求
1.一種航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子剩余壽命的多變量支持向量機預(yù)測方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)選擇航空發(fā)動機已服役時間、載荷譜、轉(zhuǎn)速和振動信號特征，作為輸入?yún)?shù)； 2)基于多變量預(yù)測方法，建立剩余壽命的多變量支持向量機預(yù)測模型，然后利用已知的訓(xùn)練樣本進(jìn)行訓(xùn)練并預(yù)測，從而在小樣本條件下獲得航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子的剩余壽命。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子剩余壽命的多變量支持向量機預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟I)的具體方法為: 首先，選擇航空發(fā)動機已服役時間作為輸入?yún)?shù)； 其次，選擇航空發(fā)動機載荷譜中的應(yīng)力比、彎矩峰值、扭矩峰值以及轉(zhuǎn)速也作為輸入?yún)?shù)； 最后，采集航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子運行過程的振動信號，從振動信號中提取峭度特征，利用位移峰峰值并結(jié)合瞬時彎矩和瞬時扭矩計算抗彎剛度和抗扭剛度，將峭度特征、抗彎剛度以及抗扭剛度也作為輸入?yún)?shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子剩余壽命的多變量支持向量機預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟2)的具體方法為: 定義抗扭剛度和抗彎剛度中任意一個下降到初始值的85%時為疲勞失效時刻，該時刻對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)為1，I減去某時刻對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)即得到剩余循環(huán)次數(shù)，結(jié)合轉(zhuǎn)速即得到剩余壽命； 設(shè)L為待預(yù)測變量，此處待預(yù)測變量為某時刻對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)； 給定樣本集S
全文摘要
本發(fā)明提供一種航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子剩余壽命的多變量支持向量機預(yù)測方法，該方法選擇航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子已服役時間、載荷譜、轉(zhuǎn)速、振動信號特征，作為壽命預(yù)測模型中的輸入?yún)?shù)；基于多變量預(yù)測方法，建立剩余壽命的多變量支持向量機預(yù)測模型，將樣本參數(shù)輸入模型進(jìn)行訓(xùn)練并獲得輸出，實現(xiàn)小樣本條件下對航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子剩余壽命的預(yù)測，該方法簡單易行，結(jié)果可靠，實時性好，適用于定量計算小樣本條件下航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子的剩余壽命。
文檔編號G01M13/00GK103217280SQ20131008440
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月18日
發(fā)明者陳雪峰, 羅騰蛟, 辛偉, 何正嘉 申請人:西安交通大學(xué)