本申請(qǐng)涉及故障檢測(cè)，尤其涉及一種用于對(duì)組合動(dòng)力裝置進(jìn)行氣路故障檢測(cè)的方法和裝置。

背景技術(shù)：

1、在實(shí)現(xiàn)飛機(jī)能量、功能、物理和控制方面全面綜合的發(fā)展趨勢(shì)下，飛機(jī)的輕量化與集成化十分關(guān)鍵，機(jī)電系統(tǒng)作為飛機(jī)上最龐雜的系統(tǒng)，其先進(jìn)性直接影響了飛機(jī)的整體性能。

2、組合動(dòng)力裝置（熱管理型組合動(dòng)力裝置）作為一種集成了飛機(jī)輔助動(dòng)力、應(yīng)急動(dòng)力以及熱管理等系統(tǒng)的裝置，因其能夠降低飛機(jī)的整體成本、提高硬件利用率、提高飛機(jī)的整體性能，在飛機(jī)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但是，在組合動(dòng)力裝置的使用階段和運(yùn)維階段，對(duì)于該裝置的健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷十分重要，其中，對(duì)于裝置內(nèi)部的氣路故障診斷是其健康管理中重要的部分。

3、相較于傳統(tǒng)的動(dòng)力組件回路，組合動(dòng)力裝置的系統(tǒng)集成度高、非線性程度大、耦合性強(qiáng)、回路部件數(shù)量多、關(guān)聯(lián)的物理量多，因此，在發(fā)生故障時(shí)更加難以準(zhǔn)確定位。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N用于對(duì)組合動(dòng)力裝置進(jìn)行氣路故障檢測(cè)的方法和裝置，用以對(duì)準(zhǔn)確的對(duì)組合動(dòng)力裝置進(jìn)行氣路故障檢測(cè)。

2、具體地，本申請(qǐng)是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、本申請(qǐng)第一方面提供一種用于對(duì)組合動(dòng)力裝置進(jìn)行氣路故障檢測(cè)的方法，所述方法包括：

4、獲取當(dāng)前時(shí)刻的測(cè)量參數(shù)和上一時(shí)刻的狀態(tài)參數(shù)；其中，所述狀態(tài)參數(shù)包括指定參數(shù)以及與所述測(cè)量參數(shù)相關(guān)的健康參數(shù)；所述測(cè)量參數(shù)為所述組合動(dòng)力裝置中的壓氣機(jī)、燃燒室、動(dòng)力渦輪、冷卻渦輪的各項(xiàng)參數(shù)中與氣路性能相關(guān)的參數(shù)；

5、將所述上一時(shí)刻的狀態(tài)參數(shù)輸入到所述組合動(dòng)力裝置對(duì)應(yīng)的仿真模型中，以由所述仿真模型根據(jù)所述上一時(shí)刻的狀態(tài)參數(shù)輸出上一時(shí)刻的預(yù)測(cè)測(cè)量參數(shù)；其中，所述仿真模型用于表征狀態(tài)參數(shù)與測(cè)量參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系；

6、根據(jù)預(yù)先構(gòu)建好的卡爾曼濾波器在上一時(shí)刻的狀態(tài)協(xié)方差矩陣、所述卡爾曼濾波器在當(dāng)前時(shí)刻的測(cè)量噪聲矩陣、所述卡爾曼濾波器在當(dāng)前時(shí)刻的系統(tǒng)噪聲矩陣、以及所述仿真模型對(duì)應(yīng)的組合雅可比矩陣確定所述卡爾曼濾波器在當(dāng)前時(shí)刻的卡爾曼增益矩陣；其中，所述仿真模型對(duì)應(yīng)的組合雅可比矩陣基于所述仿真模型的第一初始雅可比矩陣以及預(yù)先訓(xùn)練好的預(yù)測(cè)模型的第二初始雅可比矩陣聯(lián)合得到；所述預(yù)先訓(xùn)練好的預(yù)測(cè)模型用于基于輸入的測(cè)量參數(shù)預(yù)測(cè)對(duì)應(yīng)的健康參數(shù)；所述預(yù)測(cè)模型基于預(yù)設(shè)數(shù)量組樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練得到，每組樣本數(shù)據(jù)包括任一時(shí)刻下的實(shí)際測(cè)量參數(shù)和實(shí)際健康參數(shù)；

7、基于所述卡爾曼濾波器，根據(jù)上一時(shí)刻的健康參數(shù)、所述當(dāng)前時(shí)刻的測(cè)量參數(shù)、所述上一時(shí)刻的預(yù)測(cè)測(cè)量參數(shù)和所述當(dāng)前時(shí)刻的卡爾曼增益矩陣計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的健康參數(shù)，以根據(jù)所述當(dāng)前時(shí)刻的健康參數(shù)對(duì)所述組合動(dòng)力裝置進(jìn)行氣路故障檢測(cè)；

8、根據(jù)所述當(dāng)前時(shí)刻的卡爾曼增益矩陣、所述組合雅可比矩陣、以及所述上一時(shí)刻的狀態(tài)協(xié)方差矩陣更新當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)協(xié)方差矩陣。

9、本申請(qǐng)第二方面提供一種用于對(duì)組合動(dòng)力裝置進(jìn)行氣路故障檢測(cè)的裝置，所述裝置包括獲取模塊、處理模塊、確定模塊、計(jì)算模塊和更新模塊，其中：

10、所述獲取模塊，用于獲取當(dāng)前時(shí)刻的測(cè)量參數(shù)和上一時(shí)刻的狀態(tài)參數(shù)；其中，所述狀態(tài)參數(shù)包括指定參數(shù)以及與所述測(cè)量參數(shù)相關(guān)的健康參數(shù)；所述測(cè)量參數(shù)為所述組合動(dòng)力裝置中的壓氣機(jī)、燃燒室、動(dòng)力渦輪、冷卻渦輪的各項(xiàng)參數(shù)中與氣路性能相關(guān)的參數(shù)；

11、所述處理模塊，用于將所述上一時(shí)刻的狀態(tài)參數(shù)輸入到所述組合動(dòng)力裝置對(duì)應(yīng)的仿真模型中，以由所述仿真模型根據(jù)所述上一時(shí)刻的狀態(tài)參數(shù)輸出上一時(shí)刻的預(yù)測(cè)測(cè)量參數(shù)；其中，所述仿真模型用于表征狀態(tài)參數(shù)與測(cè)量參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系；

12、所述確定模塊，用于根據(jù)預(yù)先構(gòu)建好的卡爾曼濾波器在上一時(shí)刻的狀態(tài)協(xié)方差矩陣、所述卡爾曼濾波器在當(dāng)前時(shí)刻的測(cè)量噪聲矩陣、所述卡爾曼濾波器在當(dāng)前時(shí)刻的系統(tǒng)噪聲矩陣、以及所述仿真模型對(duì)應(yīng)的組合雅可比矩陣確定所述卡爾曼濾波器在當(dāng)前時(shí)刻的卡爾曼增益矩陣；其中，所述仿真模型對(duì)應(yīng)的組合雅可比矩陣基于所述仿真模型的第一初始雅可比矩陣以及預(yù)先訓(xùn)練好的預(yù)測(cè)模型的第二初始雅可比矩陣聯(lián)合得到；所述預(yù)先訓(xùn)練好的預(yù)測(cè)模型用于基于輸入的測(cè)量參數(shù)預(yù)測(cè)對(duì)應(yīng)的健康參數(shù)；所述預(yù)測(cè)模型基于預(yù)設(shè)數(shù)量組樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練得到，每組樣本數(shù)據(jù)包括任一時(shí)刻下的實(shí)際測(cè)量參數(shù)和實(shí)際健康參數(shù)；

13、所述計(jì)算模塊，用于基于所述卡爾曼濾波器，根據(jù)上一時(shí)刻的健康參數(shù)、所述當(dāng)前時(shí)刻的測(cè)量參數(shù)、所述上一時(shí)刻的預(yù)測(cè)測(cè)量參數(shù)和所述當(dāng)前時(shí)刻的卡爾曼增益矩陣計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的健康參數(shù)，以根據(jù)所述當(dāng)前時(shí)刻的健康參數(shù)對(duì)所述組合動(dòng)力裝置進(jìn)行氣路故障檢測(cè)；

14、所述更新模塊，用于根據(jù)所述當(dāng)前時(shí)刻的卡爾曼增益矩陣、所述組合雅可比矩陣、以及所述上一時(shí)刻的狀態(tài)協(xié)方差矩陣更新當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)協(xié)方差矩陣。

15、本申請(qǐng)?zhí)峁┑挠糜趯?duì)組合動(dòng)力裝置進(jìn)行氣路故障檢測(cè)的方法和裝置，第一方面，聯(lián)合仿真模型的第一初始雅可比矩陣以及預(yù)先訓(xùn)練好的預(yù)測(cè)模型的第二初始雅可比矩陣來(lái)確定仿真模型的組合雅可比矩陣，進(jìn)而基于該組合雅可比矩陣來(lái)確定卡爾曼濾波器在當(dāng)前時(shí)刻的卡爾曼增益矩陣，這樣，最大化的利用仿真模型和預(yù)測(cè)模型的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化每個(gè)模型對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的描述能力，更精確地捕捉復(fù)雜系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)變化，從而提高預(yù)測(cè)精度，以更精確地估計(jì)組合動(dòng)力裝置的健康參數(shù)；第二方面，通過(guò)聯(lián)合使用仿真模型和預(yù)測(cè)模型，可以在復(fù)雜、多變的運(yùn)行環(huán)境中保持對(duì)氣路故障的準(zhǔn)確檢測(cè)，增加對(duì)外部擾動(dòng)的魯棒性。

技術(shù)特征：

1.一種用于對(duì)組合動(dòng)力裝置進(jìn)行氣路故障檢測(cè)的方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述組合雅可比矩陣的確定過(guò)程，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述組合雅可比矩陣是動(dòng)態(tài)更新的，所述組合雅可比矩陣的更新過(guò)程，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述均方誤差確定所述第一初始雅可比矩陣的第一權(quán)重系數(shù)和所述第二初始雅可比矩陣的第二權(quán)重系數(shù)，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)預(yù)先構(gòu)建好的卡爾曼濾波器在上一時(shí)刻的狀態(tài)協(xié)方差矩陣、所述卡爾曼濾波器在當(dāng)前時(shí)刻的測(cè)量噪聲矩陣、所述卡爾曼濾波器在當(dāng)前時(shí)刻的系統(tǒng)噪聲矩陣、以及所述仿真模型對(duì)應(yīng)的組合雅可比矩陣確定所述卡爾曼濾波器在當(dāng)前時(shí)刻的卡爾曼增益矩陣，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述一組樣本數(shù)據(jù)的獲取過(guò)程，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述仿真模型的建立過(guò)程，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述卡爾曼濾波器，根據(jù)上一時(shí)刻的健康參數(shù)、所述當(dāng)前時(shí)刻的測(cè)量參數(shù)、所述上一時(shí)刻的預(yù)測(cè)測(cè)量參數(shù)和所述當(dāng)前時(shí)刻的卡爾曼增益矩陣計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的健康參數(shù)，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述當(dāng)前時(shí)刻的卡爾曼增益、所述組合雅可比矩陣、以及所述上一時(shí)刻的狀態(tài)協(xié)方差矩陣更新下一時(shí)刻的狀態(tài)協(xié)方差矩陣，包括：

10.一種用于對(duì)組合動(dòng)力裝置進(jìn)行氣路故障檢測(cè)的裝置，其特征在于，所述裝置包括獲取模塊、處理模塊、確定模塊、計(jì)算模塊和更新模塊，其中：

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N用于對(duì)組合動(dòng)力裝置進(jìn)行氣路故障檢測(cè)的方法和裝置。本申請(qǐng)?zhí)峁┑姆椒ǎǎ韩@取當(dāng)前時(shí)刻的測(cè)量參數(shù)和上一時(shí)刻的狀態(tài)參數(shù)；將所述上一時(shí)刻的狀態(tài)參數(shù)輸入到組合動(dòng)力裝置對(duì)應(yīng)的仿真模型中，得到上一時(shí)刻的預(yù)測(cè)測(cè)量參數(shù)；根據(jù)預(yù)先構(gòu)建好的卡爾曼濾波器在上一時(shí)刻的狀態(tài)協(xié)方差矩陣、當(dāng)前時(shí)刻的測(cè)量噪聲矩陣、系統(tǒng)噪聲矩陣、以及仿真模型對(duì)應(yīng)的組合雅可比矩陣確定卡爾曼濾波器在當(dāng)前時(shí)刻的卡爾曼增益矩陣；組合雅可比矩陣基于仿真模型的初始雅可比矩陣以及預(yù)測(cè)模型的初始雅可比矩陣聯(lián)合得到；基于卡爾曼濾波器，根據(jù)上一時(shí)刻的健康參數(shù)、當(dāng)前時(shí)刻的測(cè)量參數(shù)、上一時(shí)刻的預(yù)測(cè)測(cè)量參數(shù)和當(dāng)前時(shí)刻的卡爾曼增益矩陣計(jì)算健康參數(shù)。

技術(shù)研發(fā)人員：王晨陽(yáng),杜翔宇,劉子健,劉熠,周禹男,姚葉明,王小平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司金城南京機(jī)電液壓工程研究中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30