基于卡爾曼濾波器的燃?xì)廨啓C(jī)故障診斷研究.pdf

1、燃?xì)廨啓C(jī)氣路故障對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的安全性與經(jīng)濟(jì)性影響極其明顯，國(guó)內(nèi)外始終將氣路故障診斷作為燃?xì)廨啓C(jī)視情維修的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。在進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)氣路故障診斷的過程中，傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性是保證燃?xì)廨啓C(jī)狀態(tài)評(píng)估合理性的前提。對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)傳感器的工作性能進(jìn)行檢測(cè)，保證傳感器測(cè)量參數(shù)的可靠性，繼而進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)的氣路狀態(tài)監(jiān)測(cè)具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。本文研究了卡爾曼濾波器在燃?xì)廨啓C(jī)傳感器和氣路故障診斷中的應(yīng)用技術(shù)，具體的工作如下：
　?。?）建立分軸燃?xì)?/p>

2、輪機(jī)的狀態(tài)空間模型。針對(duì)狀態(tài)空間模型穩(wěn)態(tài)精度低的問題，采用分步擬合法建立燃?xì)廨啓C(jī)的狀態(tài)空間模型，同時(shí)針對(duì)不同階躍量對(duì)狀態(tài)空間模型的影響進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，階躍量為±0.5％時(shí)對(duì)應(yīng)的平均矩陣求出的狀態(tài)空間模型的精度較高，穩(wěn)態(tài)誤差不超過0.21%，其在穩(wěn)態(tài)工況點(diǎn)附近的線性化范圍是-1%到1%。同時(shí)分析表明狀態(tài)空間模型是能控、能觀并且穩(wěn)定的。針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)部件的性能衰退問題，將健康參數(shù)添加到狀態(tài)空間模型中，采用單純形法建立燃?xì)廨啓C(jī)的擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)

3、空間模型。結(jié)果表明，擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)空間模型與非線性模型的穩(wěn)態(tài)輸出之間的誤差小于0.02%，能夠表征燃?xì)廨啓C(jī)的性能衰退。
　?。?）對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)狀態(tài)空間模型進(jìn)行離散化處理，構(gòu)建卡爾曼濾波器。針對(duì)卡爾曼濾波器參數(shù)對(duì)濾波效果的影響問題，采用控制變量法，應(yīng)用不同系統(tǒng)噪聲協(xié)方差和測(cè)量噪聲協(xié)方差下的卡爾曼濾波器對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的測(cè)量參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，并對(duì)濾波效果進(jìn)行對(duì)比分析，確定出合適的系統(tǒng)噪聲協(xié)方差和測(cè)量噪聲協(xié)方差。
　?。?）卡爾曼濾波器在燃?xì)廨啓C(jī)傳

4、感器故障診斷中的應(yīng)用研究。針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)傳感器故障特征的提取問題，對(duì)濾波殘差信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行對(duì)比分析，采用濾波殘差加權(quán)平方和對(duì)濾波殘差進(jìn)行歸一化處理，提取出燃?xì)廨啓C(jī)傳感器的故障特征。針對(duì)故障指示信號(hào)的不規(guī)則擾動(dòng)問題，采用移動(dòng)平均法對(duì)故障指示信號(hào)進(jìn)行平滑處理，結(jié)果表明，平滑后的故障指示信號(hào)有效的降低了不規(guī)則擾動(dòng)的影響。針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)傳感器常見的故障：恒偏差、漸變型和突變型故障，分別設(shè)計(jì)卡爾曼濾波器組對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)單傳感器故障和雙傳感器故障進(jìn)行檢

5、測(cè)與隔離研究，結(jié)果表明，卡爾曼濾波器組能夠?qū)崿F(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)傳感器故障的檢測(cè)與隔離。
　?。?）卡爾曼濾波器在燃?xì)廨啓C(jī)氣路故障診斷中的應(yīng)用研究。針對(duì)測(cè)量噪聲所導(dǎo)致的測(cè)量數(shù)據(jù)不確定性的問題，將燃?xì)廨啓C(jī)擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)空間模型中的健康參數(shù)添加到狀態(tài)變量中，得到增廣的狀態(tài)空間模型，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建出卡爾曼濾波器。通過對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)濾波處理，結(jié)果表明，卡爾曼濾波器能夠有效降低測(cè)量噪聲的影響并提高診斷精度。針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)中常見的部件故障：壓氣機(jī)故障和渦輪故障進(jìn)行