[发明专利]一种基于短时数据的航空发动机解析余度计算方法

说明书

本发明提出一种基于短时数据的航空发动机解析余度计算方法，属于发动机控制领域。该方法首先确定当前时刻发动机传感器测量信号矩阵的结构；确定当前时刻待估计的传感器测量信号，向测量信号矩阵中载入除当前时刻待估计传感器测量信号外的其它所有传感器测量信号数据，并生成对应的当前时刻观测矩阵；通过迭代估计当前时刻子空间；计算得到当前时刻待估计传感器测量信号的解析余度。本发明利用发动机短时数据进行计算，不需要提前收集大量运行数据；仅依赖于对发动机一般性质的分析，对不同型号、不同健康状况的发动机均具有较好的效果，有很高的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种基于短时数据的航空发动机解析余度计算方法，属于发动机控制领域。

背景技术

解析余度技术通过传感器测量信号之间的联系来对传感器测量信号进行估计，从而为相应传感器提供冗余备份，提高整个系统的安全性。

随着发动机数字电子控制技术的发展，机载电子设备具备更高的存储和计算能力，使得解析余度技术在航空发动机上的应用成为可能。相较于硬件余度技术，解析余度具有空间占用小，易形成异构余度以及修改维护方便等优点，借助解析余度，通过故障诊断软件，可以对传感器信号的有效性进行检测，识别出故障传感器并进行信号重构，保证发动机的运行安全，为飞行器提供可靠的动力。在这一过程中，解析余度技术所提供的传感器信号估计值发挥了至关重要的作用，对故障诊断的效果有显著影响。

传统的航空发动机传感器解析余度计算方法包括基于模型的方法和基于数据的方法。基于模型的方法如部件级模型、线性模型等自上世纪80年代起得到了广泛研究，但在实际应用时存在以下不足：

1)模型参数的确定需要准确的设计细节或大量的物理实验，上述条件在设计初期难以满足；

2)形参与物参之间的关系不够明确，当出现设计改进或性能退化时模型参数调整较为困难。

近年来，以神经网络和支持向量机为代表的基于数据的计算方法也得到了较多研究，这些方法的不足之处体现在：

1)需要利用大量数据进行训练，在产品开发前期数据量难以满足；

2)对训练范围外的情形泛化能力不足，适用情形有限。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足之处，提出一种基于短时数据的航空发动机解析余度计算方法。本发明利用发动机短时数据进行计算，不需要提前收集大量运行数据；仅依赖于对发动机一般性质的分析，对不同型号、不同健康状况的发动机均具有较好的效果，有很高的应用价值。

本发明提出一种基于短时数据的航空发动机解析余度计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)确定当前时刻发动机传感器测量信号矩阵S的结构；定义矩阵S规模为m×n，m为矩阵S中测量信号的采样时刻总数，n代表当前时刻传感器测量信号的总数；

矩阵S的表达式如式(1)所示，矩阵S中每一列代表同一个传感器在不同时刻的测量信号，每一行代表同一时刻采集到的不同传感器的测量信号，其中矩阵第m行代表当前时刻采集的不同传感器的测量信号；

其中，s_i,j表示第j个传感器在第i个时刻测量信号；

2)确定当前时刻待估计的传感器测量信号，向矩阵S中载入除当前时刻待估计传感器测量信号外的其它所有传感器测量信号数据，并生成对应的当前时刻观测矩阵；具体步骤如下：

2-1)确定当前时刻待估计的p个传感器测量信号，1≤p＜n；