微型涡喷发动机建模与故障诊断

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1、中图分类号：V233.7论文编号：102870215-S065学科分类号：082502硕士学位论文微型涡喷发动机建模与故障诊断研究生姓名崔鑫学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向发动机控制系统设计技术指导教师黄向华教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringModelingandFaultDiagn

2、osisofMicroTurbojetEngineAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringbyCuiXinAdvisedbyProf.HuangXianghuaSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的

3、地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要航空发动机故障诊断是实现发动机视情维护、降低使用维护成本、保证飞行安全的重要手段，是研究航空发动机健康管理系统的主要内容之一。本文基于微型涡喷发动机研究数学模型的

4、建立、气路部件和传感器故障的诊断与区分，并设计进气道堵塞故障台架试车试验对气路部件故障诊断算法进行验证。首先，建立了微型涡喷发动机慢车以上非线性部件级模型和小偏差线性化模型，并通过试车数据和仿真实验分别验证了部件级模型和线性化模型的有效性。然后，本文基于鲁棒H∞滤波重点研究并设计了气路部件故障诊断系统、传感器故障诊断系统以及针对可能同时出现这两种类型故障的联合故障诊断系统。其中，气路部件的故障诊断系统分为两个模块，分别实现气路部件故障的检测、报警与故障的隔离、估计；传感器故障诊断系统为每个传感器设计一

5、个鲁棒滤波器，通过滤波残差范数与阈值进行比较，准确地判断出发生故障的传感器；气路部件和传感器联合故障诊断系统将部件健康参数增广到状态量中，隔离其对输出的影响，首先判断出发生故障的传感器，再通过发生故障的传感器所对应的状态观测器观测出气路部件健康参数的蜕化量。同时，文中还通过仿真验证了这三种故障诊断系统都能诊断出对应的发动机故障。最后，通过在发动机进气前添加进气缸、并在进气缸的进气口处添加面积可控的挡板，设计了进气道堵塞作为气路部件故障进行台架试车试验。通过对台架试验数据的分析和处理，从定性和定量两个角

6、度论证了发动机存在进气堵塞故障，验证了气路部件故障诊断算法的有效性。关键词：微型涡喷发动机，故障诊断，非线性部件级模型，线性化模型，气路部件故障，传感器故障，进气道堵塞I微型涡喷发动机建模与故障诊断ABSTRACTFaultdiagnosisisoneofthemaincontentsintheresearchofaero-enginehealthmanagementsystem.Theeffectivediagnosissystemistheimportantprerequisitetoachiev

7、ethecondition-basedmaintenance,reducetheoperationcost,andensuretheflightsafety.Mathematicalmodeland,failurediagnosisandisolationmethodsofgaspathcomponentandsensorwerestudied.Inordertoverifytheeffectivenessofthediagnosticalgorithmforgaspathcomponentfailu

8、re,rigtestplatformofsimulatingtheinletblockagefaultwasdesigned.Firstofall,nonlinearcomponent-levelmodelaboveidlepoint,andsmalldeviationlinearmodelofthemicroturbojetenginewereestablished.Theeffectivenessofthemodelswasprovedthrough