基于支持向量机和卡尔曼滤波器的航空发动机故障诊断研究

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1、第38卷第1期航空发动机V01．38No．12012年2月AeroengineFeh．20l2基于支持向量机和卡尔曼滤波器的航空发动机故障诊断研究俞刚，黄金泉(南京航空航天大学能源与动力学院，南京210016)摘要：针对航空发动机上可用传感器测量参数偏少情况下的健康参数估计问题，提出1种先分类后估计的方法。将传感器测量参数输入异常监测模块，对发动机工作状态进行监测，若监测结果为无故障则直接给出无部件故障的诊断结论；否则将测量参数输入最小二乘支持向量机(LSSVM)，对部件故障进行分类，卡尔曼滤波器根据分类结果只对故障部件的健康参数进行估计。仿真结果表明：该方法可以减少需要估计的健康参数，

2、提高估计精度。关键词：故障诊断；最小二乘支持向量机；卡尔曼滤波器；航空发动机；健康参数俞刚(1986)，男，在读硕士研究生，研AeoengineFaultDiagnosisBasedonSuppOrt究方向为航空发动机故障诊断。VectorMachineandKalmanFilter收稿日期：2011—10—12YUG“g，HuANGJi“一q(CoHegeofEnergyandPowerEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)Abstract：Thefaultclassi

3、ficationandhealthparameterestimationmethodwasproposedfortheproblemwheretherewerefeweravailablesensorsinaT1engine．Thesensormeasurementswereinputtedtotheanomalydetectionmoduleformonitoringengineoperation．Ifthedetectionresultwasnofauh，nocomponentfaultconclusioncanbemade，otherwisethemeasurementsweret

4、heninputtedtotheleastsquaressuppo~vectormachine(LSSVM)forfaultclassification．TheKalmanfilterwasonlyusedtoestimatethehealthparametersofthefaultcomponents．Thesimulationresultsshowthatthemethodcanreducethenumberofhealthparameterstobeestimated，andyieldasignificantimprovementinhealthparameterestimatio

5、naccuracy．Keywords：faultdiagnosis；leastsquaressuppo~vectormachine；Kalnmnfilter；aeroengine；healthparameter动机上可用传感器测量参数通常少于健康参数。为0引言此，提出了健康参数子集估计法【9l，但未估计的健康参航空发动机属于多发故障机械，故障诊断技术是数的蜕化量会叠加到估计的那部分上，使得估计结果提高其安全『生与可靠性的重要途径。气路故障约占不准确。发动机总体故障的90％，其主要表现为气路部件效率本文将卡尔曼滤波算法和支持向量机相结合，采和流量的蜕化。气路故障诊断主要根据传感器测量参用L

6、SSVM对部件故障进行分类，卡尔曼滤波器根据数的偏差对部件健康参数进行估计，然后对部件的健分类结果只对故障部件的健康参数进行估计，减少了康状况进行评估，最终决定是否对其进行维修和检查。需要估计的健康参数，提高了估计精度，相应解决了气路部件故障诊断方法主要有基于模型的卡尔测量参数偏少情况下的健康参数估计问题。曼滤波算法、基于非模型的神经网络『嗣和支持向量机[71以及智能算法为基础的组合方法[81。采用卡尔曼滤1航空发动机故障诊断系统波算法的前提是测量参数不少于健康参数，但实际发航空发动机故障诊断系统主要由异常监测、航空发动机第38卷LSSVM’故障分类器和卡式中：西(·)为输人空间到高维特

7、征空间的非线性映尔曼滤波器3个模块组射；加为权向量；6为偏移量。成，其工作原理如图1所根据结构风险最小化准则，可以表示成如下最优示。将发动机传感器测量化指标和约束条件参数输入异常监测模块。图1发动机故障诊断系统min)：1T+∑(3)该模块根据预先定义的无故障特性对发动机当前工作状态进行异常监测，若监测结果为无故障，则诊断yk--W()+6+e^k=l，⋯，Ⅳ(4)系统直接给出无部件发生故障的诊断结论；否则将测式中：e为误差；C为惩