一種根據(jù)振動信號確定飛機(jī)發(fā)動機(jī)退化率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及飛機(jī)發(fā)動機(jī)性能分析技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種根據(jù)振動信號確定飛機(jī)發(fā) 動機(jī)退化率的方法，用以評估發(fā)動機(jī)性能。
【背景技術(shù)】
[0002] 分析評價飛機(jī)發(fā)動機(jī)的退化性在飛機(jī)發(fā)動機(jī)實(shí)際應(yīng)用中占有很重要的地位，例如 對一架執(zhí)行商業(yè)航線的飛機(jī)，其發(fā)動機(jī)維護(hù)管理依賴于準(zhǔn)確的預(yù)測大修時間，這就取決于 發(fā)動機(jī)的退化性。詳細(xì)了解了發(fā)動機(jī)的退化特征，就可以通過改變報警閾值來提高發(fā)動機(jī) 故障診斷能力；而在設(shè)計(jì)過程中，關(guān)注發(fā)動機(jī)退化特征的誘因，也可以指導(dǎo)發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)。 所以分析研宄發(fā)動機(jī)使用過程中的性能退化現(xiàn)象是飛機(jī)發(fā)動機(jī)的重要課題。
[0003] 對飛機(jī)發(fā)動機(jī)性能退化現(xiàn)象的研宄是一種延長發(fā)動機(jī)使用壽命的方式，在另一方 面這種研宄也可用于改進(jìn)飛機(jī)發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)，例如專利CN102789545A就提出了一種基于退 化模型匹配的渦輪發(fā)動機(jī)剩余壽命的預(yù)測方法，該專利設(shè)計(jì)了一種退化模型對渦輪發(fā)動機(jī) 壽命進(jìn)行預(yù)測，美國通用公司在2013年提出了一個"用于個性化的設(shè)備退化預(yù)測的基于模 型的途徑"的專利（CN102889992A)，該專利提出面向渦輪發(fā)動機(jī)的退化預(yù)測參數(shù)檢測設(shè) 備。
[0004] 在實(shí)際應(yīng)用中，飛機(jī)發(fā)動機(jī)振動值已經(jīng)廣泛應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)的狀態(tài)評估，但是 由于一些發(fā)動機(jī)原始數(shù)據(jù)存在瑕疵，這些瑕疵的存在導(dǎo)致采用飛機(jī)發(fā)動機(jī)振動值來分析評 估發(fā)動機(jī)退化性就尤為復(fù)雜，而且得到的退化曲線精確度較低。例如傳感器校準(zhǔn)轉(zhuǎn)變、清洗 發(fā)動機(jī)的影響等一系列因素，這些瑕疵一般表現(xiàn)為性能參數(shù)變量中的以及大空隙中的統(tǒng)計(jì) 異常點(diǎn)和階躍變化點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明在飛機(jī)原有設(shè)備的基礎(chǔ)上提出了一種根據(jù)振 動信號確定飛機(jī)發(fā)動機(jī)退化率的方法，以一定時間間隔采集飛機(jī)飛行過程中的各階段的發(fā) 動機(jī)振動數(shù)據(jù)，研宄其退化率，來分析發(fā)動機(jī)退化特征。
[0006] 本發(fā)明首先采用支持向量回歸的方法擬合出發(fā)動機(jī)的振動值分布曲線和退化率 曲線；其次判斷高誤差率回歸分布曲線中的統(tǒng)計(jì)異常點(diǎn)和高誤差率退化率曲線中的階躍改 變點(diǎn)，消除統(tǒng)計(jì)異常點(diǎn)和階躍改變點(diǎn)，根據(jù)階躍對各觀察值進(jìn)行分段；最后對各分段采用低 誤差率的支持向量回歸重新擬合發(fā)動機(jī)的退化率曲線。
[0007] 本方法精度高、可靠性好，可以有效的對飛機(jī)發(fā)動機(jī)在使用過程中退化情況進(jìn)行 評估，得到的退化率曲線可以作為發(fā)動機(jī)的維護(hù)和維修安排的參考，也可用于發(fā)動機(jī)使用 的長期規(guī)劃中。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0009] 所述一種根據(jù)振動信號確定飛機(jī)發(fā)動機(jī)退化率的方法，其特征在于：包括以下步 驟：
[0010] 步驟1 :根據(jù)飛機(jī)一次完整飛行中的發(fā)動機(jī)振動值數(shù)據(jù)，擬合發(fā)動機(jī)振動值分布， 繪制初步的發(fā)動機(jī)振動值分布曲線和退化率曲線：
[0011] 步驟1.1 :局部擬合：使用支持向量回歸的方法，對飛機(jī)一次完整飛行中的發(fā)動機(jī) 振動值數(shù)據(jù)的散點(diǎn)進(jìn)行局部擬合，其中根據(jù)設(shè)定的分段擬合范圍，對每段數(shù)據(jù)做高誤差率 支持向量回歸；所述發(fā)動機(jī)振動值數(shù)據(jù)帶有時間信息；
[0012] 步驟1. 2 :采用拉格朗日法計(jì)算步驟1. 1中支持向量回歸的優(yōu)化問題，并結(jié)合拉格 朗日乘數(shù)對每段數(shù)據(jù)生成回歸曲線；
[0013] 步驟1.3 :在每段數(shù)據(jù)中選取中心點(diǎn)數(shù)據(jù)，根據(jù)中心點(diǎn)數(shù)據(jù)的時間信息計(jì)算回歸 曲線上對應(yīng)時間點(diǎn)的數(shù)值點(diǎn)，并將其作為一個基準(zhǔn)點(diǎn)；
[0014] 步驟1. 4 :按照時間順序依次連接所有基準(zhǔn)點(diǎn)，得到初步的發(fā)動機(jī)振動值分布曲 線，并計(jì)算初步的發(fā)動機(jī)振動值分布曲線上各點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)，根據(jù)導(dǎo)數(shù)值得到初步的發(fā)動機(jī)振 動值的退化率曲線；
[0015] 步驟2 :確定統(tǒng)計(jì)異常點(diǎn)：
[0016] 步驟2. 1 :利用步驟1所得的初步的發(fā)動機(jī)振動值分布曲線，計(jì)算該分布曲線中每 個數(shù)據(jù)點(diǎn)的殘差RMsid，RMsid=Ddata-Dfit，其中Ddata為實(shí)際的發(fā)動機(jī)振動數(shù)據(jù)，Dfit為步驟1 得到的對應(yīng)擬合數(shù)據(jù)；并得到分布曲線中各個數(shù)據(jù)點(diǎn)殘差的最大值max(R_id);
[0017] 步驟2.2 :根據(jù)以下公式
[0018]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種根據(jù)振動信號確定飛機(jī)發(fā)動機(jī)退化率的方法，其特征在于：包括以下步驟： 步驟1:根據(jù)飛機(jī)一次完整飛行中的發(fā)動機(jī)振動值數(shù)據(jù)，擬合發(fā)動機(jī)振動值分布，繪制 初步的發(fā)動機(jī)振動值分布曲線和退化率曲線： 步驟1.1:局部擬合：使用支持向量回歸的方法，對飛機(jī)一次完整飛行中的發(fā)動機(jī)振動 值數(shù)據(jù)的散點(diǎn)進(jìn)行局部擬合，其中根據(jù)設(shè)定的分段擬合范圍，對每段數(shù)據(jù)做高誤差率支持 向量回歸；所述發(fā)動機(jī)振動值數(shù)據(jù)帶有時間信息； 步驟1. 2:采用拉格朗日法計(jì)算步驟I. 1中支持向量回歸的優(yōu)化問題，并結(jié)合拉格朗日 乘數(shù)對每段數(shù)據(jù)生成回歸曲線； 步驟1. 3 :在每段數(shù)據(jù)中選取中心點(diǎn)數(shù)據(jù)，根據(jù)中心點(diǎn)數(shù)據(jù)的時間信息計(jì)算回歸曲線 上對應(yīng)時間點(diǎn)的數(shù)值點(diǎn)，并將其作為一個基準(zhǔn)點(diǎn)； 步驟1. 4 :按照時間順序依次連接所有基準(zhǔn)點(diǎn)，得到初步的發(fā)動機(jī)振動值分布曲線，并 計(jì)算初步的發(fā)動機(jī)振動值分布曲線上各點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)，根據(jù)導(dǎo)數(shù)值得到初步的發(fā)動機(jī)振動值的 退化率曲線； 步驟2 :確定統(tǒng)計(jì)異常點(diǎn)： 步驟2. 1 :利用步驟1所得的初步的發(fā)動機(jī)振動值分布曲線，計(jì)算該分布曲線中每個數(shù) 據(jù)點(diǎn)的殘差RMsid，RMsid=Ddata-Dfit，其中Ddata為實(shí)際的發(fā)動機(jī)振動數(shù)據(jù)，Dfit為步驟1得到 的對應(yīng)擬合數(shù)據(jù)；并得到分布曲線中各個數(shù)據(jù)點(diǎn)殘差的最大值max(Rresid); 步驟2. 2:根據(jù)以下公式
計(jì)算殘差數(shù)據(jù)的修正標(biāo)準(zhǔn)差Rsd，其中Rmi/為符合計(jì)算條件的殘差數(shù)據(jù)集中的第i個 數(shù)據(jù)，符合計(jì)算條件的殘差數(shù)據(jù)集中共n個數(shù)據(jù)，^；為符合計(jì)算條件的殘差數(shù)據(jù)集中所 有殘差數(shù)據(jù)的平均值；所述符合計(jì)算條件的殘差數(shù)據(jù)集指殘差數(shù)值小于max(Rresid) *0. 9的 殘差數(shù)據(jù)組成的集合； 步驟2. 3 :計(jì)算初步的發(fā)動機(jī)振動值分布曲線中每個數(shù)據(jù)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)殘差值Z_id = Rresid,RsD; 步驟2.4:得到發(fā)動機(jī)振動統(tǒng)計(jì)異常點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)殘差值大于3的數(shù)據(jù)點(diǎn)；根據(jù)這些發(fā)動機(jī) 振動統(tǒng)計(jì)異常點(diǎn)的時間信息，在步驟1的飛機(jī)一次完整飛行中的發(fā)動機(jī)振動值數(shù)據(jù)中，將 發(fā)動機(jī)振動統(tǒng)計(jì)異常點(diǎn)的振動值替換為0 ; 步驟3:確定階躍改變點(diǎn)： 步驟3. 1:計(jì)算初步的發(fā)動機(jī)振動值的退化率曲線中每個數(shù)據(jù)點(diǎn)&的標(biāo)準(zhǔn)誤差e
其中N為初步的發(fā)動機(jī)振動值的退化率曲線中的數(shù)據(jù)點(diǎn)個數(shù)； 步驟3. 2:計(jì)算初步的發(fā)動機(jī)振動值的退化率曲線的平均斜率eavg和平均誤差e eavg= E (d j) eerr=E(eseJ) 步驟3. 3 :計(jì)算無控制作用區(qū)的可信區(qū)間的上限Lu和下限Ld: Lu= 2Xeavg+3Xeerr Ld= 0? 5Xeavg_3Xeerr 步驟3. 4 :對于步驟I的飛機(jī)一次完整飛行中的發(fā)動機(jī)振動值數(shù)據(jù)中的各個數(shù)據(jù)點(diǎn)，若 某一數(shù)據(jù)點(diǎn)的振動值與導(dǎo)數(shù)值的乘積不在可信區(qū)間[Ld，Lu]內(nèi)，則確定該數(shù)據(jù)點(diǎn)為階躍改 變點(diǎn)；根據(jù)這些階躍改變點(diǎn)的時間信息，在步驟1的飛機(jī)一次完整飛行中的發(fā)動機(jī)振動值 數(shù)據(jù)中，將階躍改變點(diǎn)的振動值替換為〇 ; 步驟4 :對于經(jīng)過步驟2和步驟3處理后的飛機(jī)一次完整飛行中的發(fā)動機(jī)振動值數(shù)據(jù)， 采用以下步驟得到準(zhǔn)確的飛機(jī)發(fā)動機(jī)退化率曲線： 步驟4. 1 :以步驟3確定的階躍改變點(diǎn)作為端點(diǎn)對經(jīng)過步驟2和步驟3處理后的飛機(jī) 一次完整飛行中的發(fā)動機(jī)振動值數(shù)據(jù)進(jìn)行分段，對分段數(shù)據(jù)做低誤差率支持向量回歸； 步驟4. 2 :采用拉格朗日法計(jì)算步驟4. 1中支持向量回歸的優(yōu)化問題，并結(jié)合拉格朗日 乘數(shù)對步驟4. 1中的每段數(shù)據(jù)生成回歸曲線； 步驟4. 3 :在步驟4. 1中的每段數(shù)據(jù)中選取中心點(diǎn)數(shù)據(jù)，根據(jù)中心點(diǎn)數(shù)據(jù)的時間信息計(jì) 算步驟4. 2得到的回歸曲線上對應(yīng)時間點(diǎn)的數(shù)值點(diǎn)，并將其作為一個基準(zhǔn)點(diǎn)； 步驟4. 4 :按照時間順序依次連接步驟4. 3得到的所有基準(zhǔn)點(diǎn)，得到發(fā)動機(jī)振動值分布 曲線，并計(jì)算發(fā)動機(jī)振動值分布曲線上各點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)，根據(jù)導(dǎo)數(shù)值得到準(zhǔn)確的飛機(jī)發(fā)動機(jī)退 化率曲線。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種根據(jù)振動信號確定飛機(jī)發(fā)動機(jī)退化率的方法，首先采用支持向量回歸的方法擬合出發(fā)動機(jī)的振動值分布曲線和退化率曲線；其次判斷高誤差率回歸分布曲線中的統(tǒng)計(jì)異常點(diǎn)和高誤差率退化率曲線中的階躍改變點(diǎn)，消除統(tǒng)計(jì)異常點(diǎn)和階躍改變點(diǎn)，根據(jù)階躍對各觀察值進(jìn)行分段；最后對各分段采用低誤差率的支持向量回歸重新擬合發(fā)動機(jī)的退化率曲線。本方法精度高、可靠性好，可以有效的對飛機(jī)發(fā)動機(jī)在使用過程中退化情況進(jìn)行評估，得到的退化率曲線可以作為發(fā)動機(jī)的維護(hù)和維修安排的參考，也可用于發(fā)動機(jī)使用的長期規(guī)劃中。
【IPC分類】G01M15-00
【公開號】CN104713730
【申請?zhí)枴緾N201510046408
【發(fā)明人】劉貞報, 樊大森, 張超, 布樹輝
【申請人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年1月29日