發(fā)布時間：2020-06-21 16:49

【摘要】：氣路性能估計在航空發(fā)動機健康管理領域占據(jù)重要地位,本文以某型渦扇發(fā)動機為研究對象,開展了航空發(fā)動機氣路性能融合濾波估計方法研究。針對集中式卡爾曼濾波存在的容錯性能低等固有缺陷,引入一種有反饋的分布式多傳感器融合濾波結構,并將線性濾波算法推廣到非線性濾波,在擴展信息濾波(EIF)基礎上,給出多傳感器分布式融合容積信息濾波,并且證明了該種分布式融合容積信息濾波與集中式容積信息濾波的等價性,為了提高濾波計算的數(shù)值穩(wěn)定性,引入了多傳感器分布式融合容積濾波算法的平方根形式。發(fā)動機氣路故障的數(shù)字仿真結果表明,該種分布式融合平方根容積信息濾波精度與集中式平方根容積信息濾波等價,但在傳感器發(fā)生故障下,前者有更好的容錯性能。研究基于改進聯(lián)邦信息濾波的發(fā)動機氣路性能估計融合濾波算法�？紤]到主濾波器與子濾波器狀態(tài)維數(shù)不一致的實際應用情形,引入信息矩陣與信息向量的補償算法,設計了改進的聯(lián)邦信息濾波器,相較于常規(guī)的聯(lián)邦信息濾波,能夠提高系統(tǒng)全局狀態(tài)的估計精度。設計了發(fā)動機氣路部件傳感器測量參數(shù)與性能健康參數(shù)狀態(tài)參數(shù)在局部濾波器中的兩種分組結構,對改進的聯(lián)邦信息濾波算法進行了數(shù)字仿真驗證。研究了發(fā)動機氣路性能異步傳感器融合濾波算法。針對發(fā)動機氣路傳感器異步采樣的問題,探討了集中式異步傳感器融合濾波算法與分布式異步傳感器融合濾波算法,分布式融合濾波算法包括無反饋分布式融合濾波、等間隔反饋分布式融合濾波,并證明了等間隔反饋分布式異步擴展信息濾波與集中式異步擴展信息濾波的等價性,得到發(fā)動機氣路性能估計數(shù)值仿真的驗證。針對發(fā)動機氣路多速率采樣的多重冗余傳感器系統(tǒng),結合多尺度理論,研究了分布式多速率容積信息融合濾波算法,相較于常規(guī)的序貫式多速率容積卡爾曼融合濾波能夠減少計算耗時,并得到數(shù)值仿真結果的驗證。在航空發(fā)動機半物理仿真平臺上進行了集中式異步傳感器容積信息濾波算法的驗證,利用發(fā)動機氣路多速率傳感器測量數(shù)據(jù),完成了在漸變蛻化、單部件以及雙部件突變故障模式下氣路性能估計的半物理試驗,結果表明了集中式異步傳感器容積信息濾波算法能夠滿足氣路性能估計的實時性與可行性要求。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V263.6
【圖文】：

相比于全數(shù)字仿真和實物驗證方法，半物理驗證平臺將物理仿真和數(shù)字仿真相結合，將仿真對象系統(tǒng)的一部分以實物方式接入仿真回路，回路中的其余部分仍以數(shù)學模型代替，在數(shù)字計算機仿真，能夠使實時數(shù)字仿真與物理仿真的結合。半物理驗證這種方法能夠從實物中實時采集數(shù)據(jù)，比全數(shù)字仿真更接近于物理真實情況，又能解決一些全物理仿真無法模擬的問題，取得介于全數(shù)字仿真與全實物驗證之間權衡的效果。本章節(jié)中，在航空發(fā)動機半物理仿真平臺上進行了集中式異步容積信息濾波算法的驗證，利用發(fā)動機氣路異步采樣的傳感器測量數(shù)據(jù)，完成了在漸變蛻化、單部件以及雙部件突變故障模式下氣路性能估計的半物理試驗。5.1 發(fā)動機半物理仿真平臺介紹用于驗證發(fā)動機性能健康融合濾波算法的發(fā)動機半物理實物仿真系統(tǒng)平臺是由實驗室已有的航空發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷試驗平臺以及航空發(fā)動機控制系統(tǒng)半物理試驗裝置共同搭建組成。采用虛擬儀器語言開發(fā)相應的性能健康預測快速原型模塊，然后嵌入航空發(fā)動機半物理仿真平臺，以實現(xiàn)實物硬件在回路的試驗模擬與驗證。該平臺具有發(fā)動機模擬器、發(fā)動機燃油控制系統(tǒng)、矢量噴口模擬裝置及相應的軟件、測試設備、傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和監(jiān)視系統(tǒng)等，如圖 5.1 所示。

【參考文獻】

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本文編號：2724359