發(fā)布時間：2021-10-20 03:21

　　渦扇發(fā)動機是一種高度精密的熱力機械。這種機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,經(jīng)常在極端環(huán)境下工作,極易發(fā)生故障造成不可挽回的損失。為了保障系統(tǒng)安全可靠運行,降低事故發(fā)生概率,預(yù)測它的剩余壽命具有十分重要的意義。由于發(fā)動機系統(tǒng)工況復(fù)雜,基于物理模型的方法過于依賴先驗知識,建模困難且適用性差。針對這些問題,采用基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法,利用安裝在機械設(shè)備上傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)對機械設(shè)備的退化過程進(jìn)行建模,從而實現(xiàn)發(fā)動機剩余使用壽命的預(yù)測。研究具體內(nèi)容如下:將一種改進(jìn)的梯度提升決策樹（GBDT）引入發(fā)動機剩余壽命預(yù)測領(lǐng)域,該算法適合于構(gòu)建較高特征維度的模型。將現(xiàn)代機器所記錄的飛機發(fā)動機性能數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理后用于改進(jìn)的GBDT的訓(xùn)練與測試,從而達(dá)到合理預(yù)測發(fā)動機剩余壽命的目的。與經(jīng)典算法如支持向量回歸機（SVR）、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）以及基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和長短時記憶網(wǎng)絡(luò)（CNN-LSTM）相比,改進(jìn)后模型的性能評測指標(biāo)有明顯提升。設(shè)計并開發(fā)了基于MFC的余壽預(yù)測平臺。將傳感器采集到的數(shù)據(jù)無線傳輸至服務(wù)器,后臺技術(shù)人員從服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)后,基于本文建立的模型,實現(xiàn)發(fā)動機剩余使用壽命預(yù)測。上述研究結(jié)果表明,本文提出的改進(jìn)... 

【文章來源】：哈爾濱理工大學(xué)黑龍江省

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

發(fā)動機仿真模型

第2章渦扇發(fā)動機剩余使用壽命預(yù)測理論基礎(chǔ)-13-表2-4故障類型信息Table2-4Failuretypeinformation數(shù)據(jù)集故障類型操作模態(tài)數(shù)故障數(shù)目1高壓壓氣機故障112高壓壓氣機故障613高壓壓氣機和風(fēng)扇故障124高壓壓氣機和風(fēng)扇故障622.3剩余使用壽命預(yù)測函數(shù)飛機機械結(jié)構(gòu)中最為復(fù)雜的便是發(fā)動機。發(fā)動機的工作強度高、工作時長大、工作持續(xù)性強，極易發(fā)生意外。發(fā)動機一旦發(fā)生故障，極易導(dǎo)致空難事故的發(fā)生，從而危害人身和財產(chǎn)安全，造成心靈上的創(chuàng)傷。及時提醒發(fā)動機的安全工作時間，也就是剩余壽命對于避免意外發(fā)生有著很大的幫助。從當(dāng)前點到設(shè)備失效的這段時間則定義為設(shè)備的剩余壽命（RemainingUsefulLife，RUL）[39]。Bucknam定義的發(fā)動機剩余壽命如下：(),RUL0,cxxcxxc=(2-1)式中：x是給定數(shù)據(jù)點所處循環(huán)數(shù)目，c是給定單元的最大循環(huán)數(shù)。也就是說，本文定義每個單元的最大循環(huán)數(shù)目為最后的周期數(shù)目。最大周期數(shù)為每個單元最后一個周期數(shù)量，最小周期數(shù)定為1。為了更為方便的計算，默認(rèn)簡化為給定單元的循環(huán)數(shù)反轉(zhuǎn)并減1，RUL函數(shù)隨循環(huán)數(shù)增加如圖2-4所示。圖中單位為循環(huán)次數(shù)。圖2-4RUL目標(biāo)函數(shù)Fig.2-4RULobjectivefunction

哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-14-最初，剩余壽命預(yù)測領(lǐng)域由于認(rèn)知有限，通常選取單調(diào)遞減的一元函數(shù)作為余壽預(yù)測的目標(biāo)函數(shù)。由于機械設(shè)備在正常工作時常常會有損耗，對設(shè)備的運行狀態(tài)造成影響，造成設(shè)備性能的線性下降。然而，最初的預(yù)估忽略了機械設(shè)備損耗與時間的關(guān)系。機械設(shè)備剛開始工作時損耗較小可以忽略不計，可以近似認(rèn)為機械設(shè)備工作在健康狀態(tài)。隨著設(shè)備工作時間的累積，到了一個臨界點時，機械設(shè)備的磨損就不可忽略，設(shè)備損耗逐漸增加。因此，我們采用了分段函數(shù)進(jìn)行余壽預(yù)測。本文所使用地剩余壽命估計目標(biāo)函數(shù)如圖2-5所示。圖2-5剩余壽命估計目標(biāo)函數(shù)Fig.2-5Remainingusefullifeofobjectivefunction分段函數(shù)也被稱為截斷函數(shù)（Kinkedfunction），這個該函數(shù)是由Heimes最初在競賽中定義的一種極其常用且有效的目標(biāo)函數(shù)。由于飛機渦輪發(fā)動機初始工作在健康狀態(tài)下，接下來會有較長的一段時間處于平穩(wěn)性能狀態(tài)。在經(jīng)過大量工作時間后會逐漸進(jìn)入性能衰退過程。所以我們在周期較晚的時候定義了實際的發(fā)動機剩余使用壽命。也就是說，將我們的關(guān)注點放在性能逐漸衰退的過程。本文定義的發(fā)動機剩余壽命如下：()()130,_intRUL130-_int,_intxkneepoxxkneepoxkneepo=(2-2)式中：knee_point=c130，knee_point為拐點，x為給定數(shù)據(jù)點所處循環(huán)數(shù)目，c是給定單元的最大循環(huán)數(shù)。本小節(jié)以運行壽命周期為192的發(fā)動機運行單元衰退過程為例。這個例子也是我們FD001數(shù)據(jù)集中的一個真實運行壽命周期。在閱讀大量文獻(xiàn)后，本文將最長使用壽命設(shè)定為130，故而拐點被設(shè)置在62，62后性能開始線性衰減直


本文編號：3446147