专利名称：检测航空发动机的异常的制作方法
技术领域：
本发明涉及航空发动机监测领域。特别是，本发明涉及检测航空发动机控制装置的异常。更特别的是，本发明涉及检测涡轮喷气发动机压缩机上定子阀调节电路的工作异
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背景技术：
在众多工业领域，诸如航空或航天，检测工具的使用非常普遍。然而，航空发动机异常的监测或检测通常都是通过观察相当大数量的发动机部件来独立地且间断地进行。这种观察产生大量数据，分析这些数据需要相当长的计算时间。此外，会出现这样的情况，由于缺少可持续不断地监测所述部件正常工作的相关指示装置，结果异常指示有误，或甚至，发动机部件出现故障，但却未能发现。
发明内容
本发明提供了一种航空发动机异常的检测方法，所述方法包括如下步骤·使用时间回归定义一个所述航空发动机控制装置的行为模型，所述时间回归根据数据集来对所述控制装置特性进行模拟，所述数据集与所述控制装置有关且包括了过去特性的测量以及所述控制装置状态和控制测量；·对每个新数据集，连续重新计算所述行为模型；以及·监测所述行为模型的统计变异，以便检测反映所述发动机工作异常的所述控制装置的行为异常。为此，所述方法可通过最小数量测量和优化计算时间来使用粗糙模型检测发动机的行为异常。尤其是，通过连续重新计算控制装置的行为的粗糙模型，同时每次又使用非常少的测量，并通过随着时间跟踪模型变化，可以预先检测到控制装置的趋势。该方法还可以包括如下步骤·采集与所述控制装置有关的初始数据集；·将所述初始数据集分割成多个代表不同飞行状态的均勻间隔，各种不同飞行状态通过状态指标来确认，而这些状态指标是使用专家们规定的标准来确定的；以及·确定每个飞行状态的参考行为模型。因此，所述方法考虑了发动机的使用条件，并采用了分析和识别飞行阶段的工具以便使工作能够连续进行。此外，针对条件维护要求，在稳定和预定的外部条件测试期间， 充分应用该方法。所述方法还包括如下步骤·随着时间收集有关所述控制装置的当前数据集；·在存储缓冲器内存储预定时间周期的所述当前数据集的内容；·根据所述当前数据集，计算所估计的状态指标以确认所述预定时间周期所特有的当前飞行状态；·计算对应于所述当前数据集和所述当前飞行状态的当前行为行为模型； 估计对应于所述当前飞行状态的所述当前行为模型和所述参考行为模型之间的行为距离；以及·检测所述行为距离大于预定正常阈限时的所述控制装置的行为异常。为此，一旦行为模型被校准，通过关注少量发动机部件的行为和计算参考模型和当前模型之间的距离可以方便地实时应用该模型，从而检测发动机的工作故障。当然，故障的检测随后会使得故障定位更方便。在本发明的第二方面中，所述行为行为模型是按如下步骤确定的一种有理过滤器·通过删减低通滤波器和对每个飞行状态所估计局部变化的正常实现，而使所述初始数据集标准化；·根据反映此前行为测量的此前时刻输出矢量y(t-i)，以及根据包括当前时刻输入矢量x(t)和此前时刻输入矢量x(t-i)的输入矢量，每个输入矢量Z通过将所述控制装置的所述指令和状态测量结合一起而构成，形成多个数学公式，每个公式表示当前时刻输出矢量y(t)，该矢量代表了所述控制装置当前行为；·使用多个数学公式来形成每个飞行状态的参考有理滤波器；以及·使用所述多个数学公式来计算与所述当前数据集和所述当前飞行状态相关的当前有理滤波器。为此，通过使用有理滤波器对控制装置模拟，可获得良好的外推器，这种外推器需要的计算时间非常少，而且可以从粗糙模型中检测到有意义的行为变化情况。所述多个数学公式中的每个数学公式可以相当于时域内通过如下公式分析描述的所述输出矢量I和输入1之间的线性方程A (q) y = B (q) χ其中，A(q)为公式的实多项式A(q) = l+a^+a^2+-" +araq'ra而B(q)为实多项式，其中每个系数为尺寸与输入矢量相同的线性矢量，以及公式如下B(q) = bo+biq^+b^^+'-'+brtq^其中(χ (t)) = x(t-l)为此，有理滤波器可以通过其在复平面中的零点和极点非常方便地采用独特方式确定。这就很容易跟踪行为模型状态内的变化情况。在另一种方式中，所述方法包括 提取与对应于所述当前飞行状态的所述当前有理滤波器相关的多项式的当前零点和极点；·根据所述当前零点和极点以及反映与所述控制装置有关的采集环境的其它信息，使用专家标准来计算所述当前飞行状态的正常指标；以及 检测所述正常指标和对应正常阈限之间距离大于预定值时所述控制装置的行为异常。为此，从有理分式的独特行为(零点和极点)中，可以确定方便地跟踪这些行为统计变异的距离，从而检测控制装置的行为异常。在另一种方式中，所述方法包括·使用适合于所述控制装置的动态范围的功能来确定距离；以及 检测参考有理滤波器和当前有理滤波器之间所述距离大于预定值时所述控制装置的行为异常。因此，可以直接使用更普遍的标准，无需利用零点和极点，以便检测控制装置的行为异常。在本发明的示例中，所述控制装置相当于调节器电路，该电路操纵执行机构来控制涡轮喷气发动机低压压缩机和高压压缩机上的定子阀并用来根据飞行状态修正所述压缩机的几何形状，以及与所述调节器电路相关的所述数据集包括有关执行机构位置的数据和外部数据，所述外部数据包括所述低压压缩机轴的第一转速附、所述高压压缩机轴的第二转速N2、压缩机下游的压力P、燃油流量W，以及执行机构的指令 。为此，所述方法可以通过观察少量参数来预先检测阀门调节器电路的任何趋势。在这个示例中，所述方法包括如下步骤·确定稳定状态离散自回归滤波器，用来根据对应于执行机构早期位置先前时刻输出变量y (s ；s < t)以及根据对应于过去和当前时刻所述外部数据的输入变量，x(s) = Ocj(S) ；s ^ t)J = 1...k模拟对应于执行机构当前位置当前时刻输出变量y(t)的行为，所述自动回归滤波器由带有如下公式的多项式分式有理滤波器(Fj(W))j = Pk以频谱ι表示
r π SV、巧(W)F,(w) = ^—
A(w)式中Bj O) = bjfi +b" w + ··· + bJrj Wn以及= \-axw-----arwr°·采集在台架试验阶段测量和储存的反映初始输入和输出变量(x°(s)，y0(s))的初始数字数据；·根据所述初始数字数据，确定飞行状态； 计算每个飞行状态的所述有理滤波器(Fj(W))j = Pk的所述多项式分式的最佳秩组Tj和& ；以及·计算每个飞行状态的参考有理滤波器(/^(W)Ii々。这样，就可以构建一个有效而又非常容易实施的行为模型。此外，对最佳秩组的选择可优化行为模型及其坚固性。另外，所述方法还包括如下步骤·随着时间在存储缓冲器内储存反映输入和输出变量(x(s)，y (S))的数字以构成 N-测量试样
It = {(x(s),y(s)) ；s e [t-Ν+Ι,…t]} 测试所述N-测量试样的稳定性；确认当前飞行状态和估计其识别质量
权利要求
1.一种检测航空发动机(1)内异常的方法，所述方法的特征在于，其包括如下步骤 根据有关所述控制装置的数据集，通过使用模拟所述控制装置行为的时间回归，确定所述航空发动机(1)控制装置的行为模型，所述数据集包括了过去行为测量和所述控制装置的指令和状态测量；持续重新计算每个新数据集的所述行为模型；以及监测所述行为模型的统计变异，以便检测所述控制装置的行为异常，该行为异常反映了所述发动机(1)的工作异常。
2.根据权利要求1所述的方法，包括如下步骤 采集与所述控制装置相关的初始数据集；将所述初始数据集分割成多个均勻间隔，这些间隔反映了不同的飞行状态(R1-R6)， 而这些飞行状态是根据状态指标来确认的，而这些状态指标又是采用专家们建立的标准确定；以及确定每个飞行状态的参考行为模型。
3.—种检测航空发动机(1)异常的系统，所述系统的特征在于，其包括根据与所述控制装置有关的且包括了过去行为和所述控制装置的指令及状态测量的数据集，使用所述控制装置行为建模的时间回归来确定所述航空发动机(1)控制装置的行为模型的装置(5)；连续重新计算每个新数据集的所述行为模型的装置(5)；以及监测所述行为模型的统计变异的装置(5)，以便检测所述控制装置的反映所述发动机 (1)工作异常的行为异常。
4.根据权利要求3所述的系统，包括采集与所述控制装置有关的初始数据集的装置(5)；将所述初始数据集分割成多个均勻间隔的装置(5)，这些间隔反映了不同的飞行状态 (R1-R6)，而这些飞行状态是根据状态指标来确认的，而这些状态指标又是采用专家们建立的标准确定；以及确定每个飞行状态的参考行为模型的装置(5)。
5.根据权利要求4所述的系统，包括为采集与所述控制装置有关的当前数据集而随着时间动作的装置(5)； 在存储缓冲器中存储预定时间周期的所述当前数据集内容的装置(5)； 使用所述当前数据集以计算状态指标估计值的装置(5)，从而确认所述预定时间周期所特有的当前飞行状态计算对应于所述当前数据集和所述当前飞行状态的当前行为模型的装置(5)； 估计对应于所述当前飞行状态的所述当前行为模型和所述参考行为模型之间行为距离的装置(5)；以及当所述行为距离大于预定正常阈限时，检测所述控制装置行为异常的装置(5)。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述行为模型是一种有理滤波器，所述系统包括通过删减低通滤波器和对每个飞行状态所估计局部变化的正常实现，而使所述初始数据集标准化的装置(5)；确定多个数学公式的装置(5)，根据反映早先行为测量的先前时刻的输出矢量y(t-i) 和根据由当前时刻的输入矢量x(t)组成的输入矢量以及先前时刻的输入矢量x(t-i)，每个公式可以表示反映所述控制装置当前行为现在时刻的输出矢量y(t)，每个输入矢量ι可以通过将所述控制装置的所述指令和状态测量组合一起构建而成；使用多个数学公式来确定每个飞行状态的参考有理滤波器的装置(5)；以及使用所述多个数学公式的装置(5)，以便计算与所述当前数据集和所述当前飞行状态相关的当前有理滤波器。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述多个数学公式的每个数学公式都相当于由如下公式在时域内分析描述的所述输出矢量I和输入矢量2L之间的线性方程
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，其包括从对应于所述当前飞行状态的所述当前有理滤波器相关的多项式中提取当前零点和极点的装置(5)；使用专家标准从所述当前零点和极点以及从与所述控制装置有关的反映采集环境的其它信息中计算所述当前飞行状态正常指标的装置(5)；以及检测所述正常指标和相应正常阈限之间的距离大于预定值时所述控制装置行为异常的装置(5)。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，其包括通过适合于所述控制装置动态范围的功能来确定距离的装置(5)；以及检测参考有理滤波器和当前有理滤波器之间所述距离大于预定值时所述控制装置 (21)行为异常的装置(5)。
10.根据权利要求3到9任一项所述的系统，其特征在于，所述控制装置相当于调节器电路Ola)，该电路操纵控制涡轮喷气发动机(1)低压压缩机(27a)和高压压缩机 (27b)上的定子阀0如，2恥)并用来根据飞行状态修正所述压缩机(27a，27b)几何形状的执行机构(四)，其特征还在于，与所述调节器电路(21a)相关的所述数据集包括有关执行机构09)位置的数据和外部数据，外部数据包括所述低压压缩机(27a)轴的第一转速Ni， 所述高压压缩机(27b)轴的第二转速N2，压缩机下游的压力P、燃油流量W，以及执行机构 (29)的指令仏
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，其包括确定稳定状态离散自回归滤波器的装置( ，用来根据对应于执行机构四早先位置的先前时刻y (s ；s < t)输出变量和根据对应于当前和先前时刻的所述外部数据的输入变量，
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，其包括在存储缓冲器03)内随着时间储存反映输入和输出变量(x(s)，y (S))的数字测量以构成N-测量试样的装置(5)It = {(x(s),y(s)) ；s e [t-Ν+Ι,…t]} 测试所述N-测量试样的稳定性的装置(5)； 确认当前飞行状态和估计其识别质量的装置(5)；Qfe e
估计与所述当前飞行状态相关的最佳秩组的当前有理滤波器(Fj(W))j = Pk的装置(5)；将所述当前有理滤波器(Fj(W))j = Pk与对应于同一飞行状态的参考有理滤波器
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，其包括计算台架试验阶段测量的反映执行机构09)实际位置的输出变量和所述当前参考有理滤波器
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，其包括由所述当前和参考有理滤波器(Fj (w)) j = 和(fOi^^在每个输入变量~⑴的频率带宽上加权积累的局部指标ej的序列e = (ePj^...,的计算装置(5)其中Ixj(W)I2 = / Rjj(T)e-iwMx其中通过使用所述局部指标h之间的相关技术来计算局部积分 -&的序列Z = (Zj) ^1...,的装置(5)，式中，A是局部指标h和其它局部指标之间的估计值= E[ej 丨 ei ；i 关·/]K cj,o + Σ c"e‘其中，…，i为回归系数；使用马氏距离来计算总体积分Z2的装置(5)Ζ2=(ζ-Ζ)τΣ-'(Ζ-Ζ)式中^是采用协方差矩阵Σ在台架试验阶段计算的ζ的平均值； 通过将总体积分Z2乘以飞行状态Qfk e
的识别质量因子而计算最终积分QfkXZ2 的装置(5)；以及当最终积分QfkXZ2的值超过预定值时，指示行为异常警告的装置(5)。
15.一种计算机程序，包括在采用处理器装置执行时实施根据权利要求1或权利要求2 所述检测方法的指令。
全文摘要
本发明提供了一种检测航空发动机(1)异常的方法和系统，包括根据有关所述控制装置的数据集，通过使用模拟所述控制装置(21)行为的时间回归，确定所述航空发动机(1)控制装置(21)的行为模型的装置(5)，所述数据集包括了过去行为测量和所述控制装置(21)的指令和状态测量；连续重新计算每个新数据集的所述行为模型的装置(5)；以及监测所述行为模型统计变异的装置(5)，以便检测所述控制装置的行为异常，该行为异常反映了所述发动机(1)的工作异常。
文档编号G05B23/02GK102227691SQ200980147937
公开日2011年10月26日 申请日期2009年11月26日 优先权日2008年11月28日
发明者杰罗姆·拉凯, 罗斯丹·尼亚德杰基 申请人:斯奈克玛