基于滤波方法的航空发动机故障诊断研究-论文.pdf

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1、第43卷第2期热力透平Vo1．43No．22014年6月THERMALTURBINEJun2O14文章编号：1672—5549(2O14)02一O118一O6基于滤波方法帕顺空发动相故瞪诠断研穷朱柳，刘尚明，张丽(清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室，北京100084)摘要：在某型航空涡轮发动机非线性模型的基础上，建立了简化非线性模型。对突变型和渐变型两类故障，分别采用EKF、UKF、PF和EKPF四种方法进行诊断。结果表明：四种方法对此类航空发动机故障均能进行准确诊断，整体效果从好到坏依次是UKF、EKPF、E

2、KF和PF。对于高斯型、弱非线性系统，粒子滤波类方法相对于卡尔曼滤波类方法无明显优势。关键词：航空发动机；非线性模型；故障诊断；粒子滤波；卡尔曼滤波中图分类号：TK471文献标识码：Adoi：10．13707／j．cnki．31—1922／th．2014．02．007ResearchofAero-EngineFaultDiagnosisBasedonFilteringMethodsZHULiu，LIUShang—ming，ZHANGLi(KeyLaboratoryforThermalScienceandPowerEnginee

3、rofMinistryofEducation，DepartmentofThermalEngineering，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：Asimplifiednonlinearmodelwasestablishedbasedonnonlinearmodelofacertaintypeofaero-engine．Twokindsofthefault(Themutationtypeoneandgradualtypeone)werediagnosedrespecti

4、velybyEKF，UKF，PFandEKPF．Theresultshowsthatthefourmethodscanmakeaccuratediagnosisforsuchaero-enginefaults，andthewholeeffectranksUKF，EKPF，EKFandPFfromgoodtobadinsequence．ForweaknonlinearGaussiansystem，particlefiltermethodhasnoobviousadvantageoverthekalmanfiltermethod．

5、Keywords：aero-engine；nonlinearmodel；faultdiagnosis；particlefilter；kalmanfilter航空发动机是一个强非线性、多参数的复杂果表明，UKF方法的效果要比EKF方法的更优。系统，在高温高压工作环境下易发生故障，并且在航空发动机领域，卡尔曼方法应用较多_2]。不同类型的故障对应着不同的参数变化。一般文献E6]采用UKF对航空发动机进行故障诊断，要对发动机各个部件的参数进行测量或估计，取得了较好的结果。从而得到发生故障的位置和故障的严重程度方卡尔曼滤波方法仅适用于

6、噪音为高斯分布面的信息。的系统，对于噪音为非高斯分布的系统，上世纪扩展卡尔曼滤波器(EKF)方法是基于标准卡50年代在统计学和理论物理领域引入了粒子滤尔曼滤波器(KF)的一种方法，该方法克服了KF波(PF)方法，之后在其基础上又提出了扩展卡方法局限于线性系统滤波问题的缺点。利用尔曼粒子滤波器(EKPF)等改进的方法。近年EKF方法进行诊断，需先将非线性系统进行线性来，PF及其改进方法被广泛应用于解决非线性、化处理，之后采用标准卡尔曼滤波的方法进行滤非高斯动态系统的参数估计问题和状态滤波问波，该方法主要的问题是在进行线性化处理时

7、会题l7。在航空发动机故障诊断领域，该类方带来误差。为了消除此误差，近年来引入了很多法应用较少。种改进方法[1]，其中包括无损卡尔曼滤波器为此，本文将粒子滤波方法引入航空发动机(UKF)、方法，它通过引入具有特殊分布特征的粒故障诊断领域，探讨PF和EKPF方法在该领域子，对状态向量的概率密度函数进行近似化。结的适用性，并与卡尔曼滤波方法进行对比。收稿日期：2014—02—23修订日期：2014—04—12作者简介：朱~ip(1989一)，男，2012年毕业于清华大学热能工程系能源动力系统及自动化专业，现攻读清华大学热能工程系动

8、力机械及工程热物理专业硕士学位，研究方向为航空发动机建模及故障诊断。皿III

9、基于滤波方法的航空发动机故障诊断研究热力透平zg===[；0；o3，P8一E[(z—)1方法简介00](zg一至)]一l0Q0l(11)对于离散非线性模型，系统的状态方程和测l00RJ量方程分别为：