某渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)智能容錯(cuò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及半物理驗(yàn)證.pdf

1、故障診斷和容錯(cuò)控制技術(shù)是提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)安全性及可靠性的重要手段。本文以某型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)部件級(jí)模型為研究對(duì)象，針對(duì)其控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳感器故障，分別研究了基于智能算法的故障診斷及容錯(cuò)控制方法，并從工程可行性的角度，進(jìn)行了半物理仿真試驗(yàn)驗(yàn)證。
　　首先建立了某型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)慢車以上狀態(tài)的部件級(jí)非線性模型，作為本文開展容錯(cuò)控制研究的對(duì)象，并基于該部件級(jí)模型的數(shù)據(jù)，建立了機(jī)載實(shí)時(shí)模型。搭建了本文試驗(yàn)驗(yàn)證所需的半物理仿真試驗(yàn)系統(tǒng)，該系

2、統(tǒng)主要包括半物理仿真試驗(yàn)器、燃油調(diào)節(jié)器及快速原型控制器；在快速原型控制器上構(gòu)建了針對(duì)某型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置小閉環(huán)位置控制回路及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大閉環(huán)控制回路。
　　針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置控制回路，提出了一種基于執(zhí)行機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型及發(fā)動(dòng)機(jī)燃油逆映射模型的故障診斷方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自身故障及其線性可變差動(dòng)變壓器（LVDT）位移傳感器故障的檢測(cè)和區(qū)分?；诜蔷€性回歸方法極端學(xué)習(xí)機(jī)（ELM）算法建立了發(fā)動(dòng)機(jī)燃油逆映射模型，

3、保證了燃油估計(jì)的精度和實(shí)時(shí)性。半物理仿真試驗(yàn)結(jié)果表明，該故障診斷方法能快速準(zhǔn)確地檢測(cè)并區(qū)分出幅度在2％以上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障和LVDT傳感器故障。
　　針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器故障診斷，提出了一種選擇更新正則在線貫序極端學(xué)習(xí)機(jī)（SROS-ELM）算法。該算法引入了正則化因子以解決矩陣奇異和病態(tài)的問題，將結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)最小化，同時(shí)增加了一種選擇機(jī)制，根據(jù)泛化能力對(duì)輸出權(quán)值進(jìn)行選擇性更新，提高了估計(jì)精度。此外，以疊加的波形函數(shù)替代原來單一

4、的激勵(lì)函數(shù)，增加了估計(jì)模型的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)逼近性能。通過在多個(gè)回歸數(shù)據(jù)集上的測(cè)試，驗(yàn)證了算法的有效性。將SROS-ELM算法應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器故障診斷，并進(jìn)行了半物理仿真試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，該方法能夠快速有效地對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及各氣路傳感器故障進(jìn)行診斷與隔離。
　　最后，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制回路故障診斷模塊和傳感器故障診斷模塊進(jìn)行隔離研究，并通過自適應(yīng)加權(quán)法，將機(jī)載實(shí)時(shí)模型輸出值與基于SROS-ELM算法的傳感器估計(jì)值結(jié)果進(jìn)行融合，從