专利名称：航空发动机转子剩余寿命的多变量支持向量机预测方法
技术领域：
本发明属于寿命预测领域，具体涉及一种航空发动机转子剩余寿命的多变量支持向量机预测方法。
背景技术：
目前，世界各国和各大航空公司都非常重视航空发动机安全技术的研究。波音和空客的多种型号飞机均配备有完整的状态监控和故障诊断系统，平均监测参数达15个之多。虽然状态监控和故障诊断系统在分析航空发动机上已经比较常见，但是因疲劳裂纹和轴承失效导致的空中停车事故却层出不穷。因此深入研究转子裂纹的扩展，实现转子的状态监测和剩余寿命预测，可以为改进航空发动机的安全性、可靠性奠定坚实的理论基础。支持向量机是一种解决小样本分类与预测问题的机器学习算法。该方法建立在统计学习理论的基础上，已成功应用于金融、电力等众多系统的预测中。然而，目前的支持向量机预测都是针对单变量时间序列的预测。所谓的单变量时间序列是指某种现象某一个统计指标在不同时间上的各个数值，按时间先后顺序排列而形成的序列。单变量支持向量机单独提取一个变量进行研究，在预测过程中既不经济，也不准确，无法满足寿命预测需要。因此亟需研究一种可在小样本条件下利用多种信息综合预测寿命的方法。多变量预测理论是利用可观测的多种信息和变量综合描述事物的发展规律，并预测其未来状态的理论方法，可以有效解决多种因素影响下的寿命预测问题。研究某种现象或者预测某种变化时，需要同时观测和记录多个指标，根据多个变量自身变化规律和变量之间的依存关系综合预测整个事物的发展，然而传统的多变量预测方法处理小样本条件下的预测问题仍然存在一些困难。航空发动机转子服役工况复杂，其疲劳破坏是受多种因素综合影响的问题，并且由于试验周期长、费用昂贵等限制而成为小样本问题，因此发展针对航空发动机的寿命预测方法非常必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航空发动机转子剩余寿命的多变量支持向量机预测方法，充分利用支持向量机适用于小样本条件下预测和多变量预测综合考虑多影响因素的优点，构造多变量支持向量机，用于航空发动机转子的寿命预测问题，算法的运算速度快、预测精度高。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是:I)选择航空发动机已服役时间、载荷谱、转速和振动信号特征，作为输入参数；2)基于多变量预测方法，建立剩余寿命的多变量支持向量机预测模型，然后利用已知的训练样本进行训练并预测，从而在小样本条件下获得航空发动机转子的剩余寿命。所述步骤I)的具体方法为:首先，选择航空发动机已服役时间作为输入参数；其次，选择航空发动机载荷谱中的应力比、弯矩峰值、扭矩峰值以及转速也作为输入参数；最后，采集航空发动机转子运行过程的振动信号，从振动信号中提取峭度特征，利用位移峰峰值并结合瞬时弯矩和瞬时扭矩计算抗弯刚度和抗扭刚度，将峭度特征、抗弯刚度以及抗扭刚度也作为输入参数。所述步骤2)的具体方法为:定义抗扭刚度和抗弯刚度中任意一个下降到初始值的85%时为疲劳失效时刻，该时刻对应的循环次数为1，I减去某时刻对应的循环次数即得到剩余循环次数，结合转速即得到剩余寿命；设L为待预测变量，此处待预测变量为某时刻对应的循环次数；给定样本集S
权利要求
1.一种航空发动机转子剩余寿命的多变量支持向量机预测方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)选择航空发动机已服役时间、载荷谱、转速和振动信号特征，作为输入参数； 2)基于多变量预测方法，建立剩余寿命的多变量支持向量机预测模型，然后利用已知的训练样本进行训练并预测，从而在小样本条件下获得航空发动机转子的剩余寿命。
2.根据权利要求1所述的一种航空发动机转子剩余寿命的多变量支持向量机预测方法，其特征在于，所述步骤I)的具体方法为: 首先，选择航空发动机已服役时间作为输入参数； 其次，选择航空发动机载荷谱中的应力比、弯矩峰值、扭矩峰值以及转速也作为输入参数； 最后，采集航空发动机转子运行过程的振动信号，从振动信号中提取峭度特征，利用位移峰峰值并结合瞬时弯矩和瞬时扭矩计算抗弯刚度和抗扭刚度，将峭度特征、抗弯刚度以及抗扭刚度也作为输入参数。
3.根据权利要求1所述的一种航空发动机转子剩余寿命的多变量支持向量机预测方法，其特征在于，所述步骤2)的具体方法为: 定义抗扭刚度和抗弯刚度中任意一个下降到初始值的85%时为疲劳失效时刻，该时刻对应的循环次数为1，I减去某时刻对应的循环次数即得到剩余循环次数，结合转速即得到剩余寿命； 设L为待预测变量，此处待预测变量为某时刻对应的循环次数； 给定样本集S
全文摘要
本发明提供一种航空发动机转子剩余寿命的多变量支持向量机预测方法，该方法选择航空发动机转子已服役时间、载荷谱、转速、振动信号特征，作为寿命预测模型中的输入参数；基于多变量预测方法，建立剩余寿命的多变量支持向量机预测模型，将样本参数输入模型进行训练并获得输出，实现小样本条件下对航空发动机转子剩余寿命的预测，该方法简单易行，结果可靠，实时性好，适用于定量计算小样本条件下航空发动机转子的剩余寿命。
文档编号G01M13/00GK103217280SQ20131008440
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月18日 优先权日2013年3月18日
发明者陈雪峰, 罗腾蛟, 辛伟, 何正嘉 申请人:西安交通大学