Qiao Weiyang. A study on the wing noise source based on the fly2over measurements with a planar microphone array
[D]. Xi ’an: Northwestern Polytechnical University, 1999. (in Chinese)
[ 17 ] Michel U , Qiao W Y. Directivity of flap side2edge noise as observed with a phased microphone array on landing air2 craft[J ]. The Journal of the Acoustical Society of Ameri2 Qiao Weiyang , Michel U. A study on landing gear noise based on the fly2over measurements with an planar micro2 phonearray[J].Applied Acoustics, 2001,20 (2):125. (in Chinese)
作者簡介 :
喬渭陽 (1963 -) 男 ,博士 ,教授 ,博士生導師。主要研究方向 :
航空燃氣渦輪發動機氣動熱力學、氣動聲學。
Tel :029288492195 E2mail :Qiaowy @nwpu. edu. cn
(責任編輯 :劉振國 )
文章編號 :100026893 (2008) 0320548206
基于雙模型濾波算法的環控系統換熱器故障診斷
龐麗萍 1,曲洪權 2,董素君 1 (11北京航空航天大學航空科學與工程學院 ,北京 100083) (21北方工業大學信息工程學院 ,北京 100041)
Fault Diagnosis Algorithm for Heat Exchanger of
Pang Liping1 , Qu Hongquan2 , Dong Sujun1
(11 School of Aeronautic Science and Engineering , Beijing University of Aeronautics
(21 College of Information Engineering , North China University of Technology , Beijing 100041 , China)
摘 要 :在建立飛機環控系統數學模型的基礎上 ,提出采用雙模型濾波方法進行參數估計、狀態預測和故障診斷 ,提高飛機環控系統故障診斷的快速性和準確性。如果采用最小二乘算法 ,參數估計是靜態的 ,故障診斷延遲一般較大 ;采用單模型擴展 Kalman濾波算法 ,雖然能夠實現動態估計 ,但不能同時兼顧穩態過程和過渡過程 (突發故障 )的參數估計 ,導致誤差較大。為了解決上述難題 ,針對飛機環控系統換熱器故障診斷 ,提出兩模型濾波算法。該算法由兩個濾波器組成 ,分別用于跟蹤系統的穩態和過渡過程。由于采用了兩濾波器模型分別匹配不同的系統特征 ,能夠改善飛機環控系統不同狀態下的參數估計和狀態預測性能 ,從而提高系統故障診斷的精度和速度。仿真結果證實了該算法的有效性。關鍵詞 :飛機環控系統 ;雙模型濾波 ;擴展 Kalman濾波 ;故障診斷 ;換熱器中圖分類號 : TP391. 9 文獻標識碼 :A Abstract : A fault diagnosis algorithm based on the double model filter (DMF) for a heat exchanger of the air2 craft environment control system (ECS) is developed to improve the capability of fault diagnosis. The mini2 mum mean2square values currently used in fault diagnosis can only get the static estimate values ,and although theextended Kalmanfilter (EKF)canrealizedynamicparameterestimation,yetforanonlinearsystem,asin2 gleEKFdoesnotexhibitgoodabilityforeitherthenormalprocessorthefaultprocess. FortheaircraftECS, a fault diagnosis algorithm based on DMF is presented in this paper to deal with nonlinear systems. Two filters are used to track the different processes (normal or fault) in the DMF. For the ECS , two filters are used re2 spectively to trace the steady state and the transient state of the system. The performance of parameter estima2 tionandstatepredictionfor ECScanbeimprovedbyusingthismethod,andtheaccuracyandspeedoffault di2 agnosis are also improved. Simulation is done to demonstrate the performance of this fault diagnosis algorithm.
Key words : aircraftenvironmentcontrolsystem;doublemodelfilter;extended Kalmanfilter;faultdiagnosis; heat exchanger
飛機環控系統 ( ECS)故障診斷的主要目的意義 ,能對設備故障做出早期預報和快速診斷 ,是提高飛機的可靠性和安全性 ,通過實時監控避免或減少事故發生。和故障診斷 ,確保飛機座艙和設備在各種飛行現代故障診斷技術可分為基于數學模型、基條件下具有良好的環境參數 ,以滿足人員和設于信號處理和基于知識的故障診斷方法。前兩種備的正常生活和工作需要。隨著其復雜程度的故障診斷方法應用較多。基于數學模型的故障診日益提高 ,運行中不可避免地會出現各種故障。斷方法 ,優點是能深入系統本質的動態性質、實現目前的措施主要是針對已經發生故障的補救 ,實時診斷 ,缺點是當系統模型未知、不確定或具有沒有實時性 ,但及時查明故障原因仍具有重要非線性時 ,這種方法不易實現 ;基于信號處理的方
收稿日期 :2007211220 ;修訂日期 :2008201227法回避抽取對象數學模型的難點 ,對于線性系統基金項目 :航空科學基金 (2006ZC51035)和非線性系統都能適用 ,但只能故障確認 ,故障查通訊作者 :龐麗萍 E2mail : pangliping @buaa. edu. cn明功能較弱 [122]。
合建立的數學模型 ,根據在線動態觀測信號
,采用
器動態模型
[82
11 ]。雙模型濾波技術 ,同時完成實時模型參數估計和系冷邊入口溫度為沖壓空氣溫度 : 統狀態預測 ,從而實現環控系統的動態故障預報與tc ,in (τ) =tram (τ)診斷。 DMF采用多個模型分別跟蹤系統的穩態過
飛機環控系統中 ,部分組件具有動態變化的不確定性和非線性 ,對故障診斷提出了更高的要求。針對目前故障診斷方法的不足 ,以及飛機環控系統要求的實時性 ,有必要提出新的動態故障預報與診斷方法。傳統的基于最小二乘的靜態算法 ,以及依靠單模型的線性最優卡爾曼算法都無法獲得滿意的效果 [325]。
本文提出一種基于雙模型濾波 (DMF)方法的環控系統換熱器動態故障診斷新方法。該方法結
程和過渡過程 (
突發故障 ),利用實時觀測信號 ,在線辨識模型參數 ,完成模型狀態 (如溫度 )的準確預測 ,實現飛機環控系統動態的故障預測與診斷。該方法結合了基于數學模型和基于信號處理的兩種故障診斷方法的優點。
1 飛機環控系統
11 1 典型飛機環控系統
圖 1為某型飛機高壓除水環控系統 [6] ,從發動機壓氣機供出的空氣 ,首先經過供氣調節裝置 ,然后經過初級熱交換器、升壓式壓氣機和次級熱交換器 ,進入高壓除水部分的回熱器 ,再進入冷凝器。利用渦輪出口的低溫空氣對冷凝器進行冷卻 ,冷凝器內將凝結大量水分 ,通過高壓水分離器分離 ;沒有被分離的水分通過回熱器時再蒸發。較干燥的空氣經渦輪膨脹冷卻后 ,溫度變得較低 ,再通過冷凝器 ,一方面作為冷源 ,另一方面給渦輪出口凝結出的水分或冰加溫、溶化并蒸發 ,使冷凝器出口提供干燥和低溫的空氣 ,滿足座艙和電子設備艙的需要。
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