[发明专利]一种航空发动机气路部件故障检测方法

摘要

本发明涉及一种航空发动机气路部件故障检测方法，解决了标准扩展卡尔曼滤波算法采用集中式结构进行气路健康诊断存在计算负担大，容错性差的问题；而且所设计基于状态一致性的传感器故障检测、隔离方法，可以实现传感器容错功能；以融合结构的滤波结构为基础，在各局部滤波器和主滤波器之间增加故障检测单元，利用传感器正常状况下，各局部滤波器状态估计具有的一致性，进行传感器故障检测，若子系统发生故障，对其进行隔离，在主滤波器中进行融合时，剔除故障子系统的信息，仅对正常的子系统融合与反馈信息，实现了具有传感器容错功能的气路故障诊断。

主权项

一种航空发动机气路部件故障检测方法，其特征在于：首先针对航空发动机各个指定气路部件，分别设置用于指定参数测量的各个传感器；然后将各个指定气路部件按其所在工作区域进行划分获得各个工作区域组，接着设置分别与各个工作区域组相一一对应的局部滤波器，各个工作区域组中各指定气路部件上设置的各个传感器分别与所在工作区域组对应的局部滤波器相连接；最后设置与各个局部滤波器相连接的主滤波器；所述故障检测方法包括如下步骤：步骤001.初始化k＝0，并预设第k时刻航空发动机各个指定气路部件的工作效率变化系数集合X_全局，k、第k时刻航空发动机各个指定气路部件工作效率变化系数对应的协方差阵集合P_全局，k，以及航空发动机系统噪声协方差阵Q_全局；将上述三组预设量平均分配至各个局部滤波器中，使得各个局部滤波器分别获得其在第k时刻所获系统各个指定气路部件的工作效率变化系数集合X_i，k、其在第k时刻的局部滤波器协方差阵集合P_i，k，以及其对应的航空发动机系统噪声协方差阵Q，并进入步骤002；其中，i＝{1、…、I}，I表示局部滤波器的个数；P_i，k表示第i个局部滤波器在第k时刻所获系统各个指定气路部件工作效率变化系数，分别相对于该局部滤波器自第0时刻起至第k时刻所有时刻所获对应指定气路部件工作效率变化系数的协方差，所构成第i个局部滤波器第k时刻的局部滤波器协方差阵集合；步骤002.分别针对各个局部滤波器，局部滤波器根据第k时刻所获其对应工作区域组中各指定气路部件上各传感器的检测结果、该局部滤波器第k时刻所获系统各个指定气路部件的工作效率变化系数集合X_i，k、该局部滤波器第k时刻的局部滤波器协方差阵集合P_i，k,以及局部滤波器对应的航空发动机系统噪声协方差阵Q，计算获得该局部滤波器第k+1时刻系统各个指定气路部件的初级工作效率变化系数集合X′_i，k+1；接着，该局部滤波器获得其在第k+1时刻所获系统各个指定气路部件初级工作效率变化系数，分别相对于该局部滤波器自第0时刻起至第k+1时刻所有时刻所获对应指定气路部件初级工作效率变化系数的初级协方差，构成该局部滤波器第k+1时刻的局部滤波器初级协方差阵集合P′_i，k+1，并进入步骤003；步骤003.分别针对各个局部滤波器，获得局部滤波器在第k+1时刻所获系统各个指定气路部件的初级工作效率变化系数，分别相对于所有局部滤波器在第k+1时刻所获对应系统指定气路部件的初级工作效率变化系数的协方差，构成该局部滤波器第k+1时刻的全局滤波器协方差阵集合h_i,k+1，并进入步骤004；步骤004.分别针对各个局部滤波器第k+1时刻的全局滤波器协方差阵集合h_i,k+1，判断是否大于1，是则判定该全局滤波器协方差阵集合h_i,k+1所对应的局部滤波器有故障，针对该局部滤波器进行隔离；否则判定该全局滤波器协方差阵集合h_i所对应的局部滤波器无故障；当执行完所有局部滤波器后，进入步骤005；其中，T表示全局滤波器协方差阵集合的预设阈值；步骤005.各个无故障的局部滤波器分别将其所获X′_i，k+1和P′_i,k+1，以及其对应的航空发动机系统噪声协方差阵Q上传至主滤波器中，主滤波器针对来自各个无故障局部滤波器的信息进行信息融合，分别获得第k+1时刻航空发动机各个指定气路部件的工作效率变化系数集合X_全局，k+1、第k+1时刻航空发动机各个指定气路部件工作效率变化系数对应的协方差阵集合P_全局，k+1，以及航空发动机系统噪声协方差阵Q_全局，并进入步骤006；步骤006.主滤波器将X_全局，k+1、P_全局，k+1和Q_全局平均分配至各个无故障局部滤波器中，各个无故障局部滤波器分别获得第k+1时刻系统各个指定气路部件的工作效率变化系数集合X_i，k+1、第k+1时刻的局部滤波器协方差阵集合P_i，k+1，以及局部滤波器所对应的航空发动机系统噪声协方差阵Q；然后分别针对各个无故障局部滤波器，比较无故障局部滤波器所对应系统各个指定气路部件上一时刻的工作效率变化系数与当前时刻的工作效率变化系数，实现针对系统各个指定气路部件的故障检测，并进入步骤007；步骤007.将k+1的值赋予k，并返回步骤002。