一种基于CPS-DP模型的航空发动机寿命预测方法技术

本发明专利技术提供了一种基于CPS

【技术实现步骤摘要】
一种基于CPS
‑
DP模型的航空发动机寿命预测方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机寿命预测
，主要涉及一种基于CPS
‑
DP(Decision Probability based CPS)模型的航空发动机寿命预测方法。

技术介绍

[0002]航空发动机作为飞机的动力系统，决定着飞机的飞行性能和安全性能。但是，由于发动机工作条件恶劣(高温高压)，工作环境复杂(飞行湿度、空气成分等变化急剧)，发动机在工作过程中容易发生故障。根据NASA统计数据表明，美国国防部每年大约需要花费13亿美元用于购买军机发动机，而对这些发动机的维修费用则高达约35亿美元。美国的各大航空公司用于飞机维修的费用达到310亿美元左右，此外，由于非计划内维修任务引起的5％
‑
10％的航班延误或航班取消的经济损失更是不可估量。国内航空公司维修成本的数据统计显示，发动机维修费用占据了航空公司总维修费用的38％以上，为满足新一代航空运输系统提出的安全与效益兼顾的要求。由此可见，进行航空发动机性能退化预测研究，这对减轻发动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于CPS
‑
DP模型的航空发动机寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、建立传统CPS模型，分别搭建回归器和分类器；步骤S2、对输入CPS模型的传感器数据进行预处理；采用基于可预测性的特征选择对传感器数据进行筛选，选取若干特征数据，分别作为训练集和测试集；步骤S3、用步骤S2中所述训练集分别训练回归器和分类器；使用训练好的回归器对测试集数据进行回归预测，通过训练好的分类器确定多维时间序列数据的离散健康状态，包括健康无故障状态、亚健康状态和故障状态；其中多维时间序列数据来自不同的传感器检测值；将回归器预测得到的预测值与分类器确定的健康状态进行匹配；分类器基于匹配结果判断回归器得到的预测值是否隶属于故障状态类；重复若干次，直至所述分类器判断回归器中获得的预测值已经隶属于故障状态类，以此为依据判断故障发生并停止多步长预测，此时计算出多步长预测走过的步数即为CPS模型获得的RUL值；步骤S4、基于决策概率预测航空发动机的剩余使用寿命RUL值；具体地，步骤S4.1、运行步骤S2所述CPS模型若干次，获取每次对应的Score分数，具体如下：其中m代表测试发动机的数量，代表具体RUL误差值；独立选取Score分数分布于900
‑
2000之间的l组RUL计算结果，并计算误差如下：其中代表预测RUL值，代表实际RUL值；i代表发动机编号，l代表次数；步骤S4.2、采用平均误差对所述进行转化，并做化整处理；所述平均误差u
i
表示如下：其中，M为总计算次数；将u
i
做化整处理如下：步骤S4.3、采用RUL平均误差计算决策概率；当u
i
<0时,所述误差值表示CPS模型在第i台发动机上测试时，计算RUL值少走了u
i
步；基于CPS
‑
DP模型，，回归器则需要多走u
i
步，且每一步均相互独立；回归器预测了前u
i
‑
1次都没
有确认故障发生，但第u
i
次预测时确认设备故障发生的情况；第u
i
次预测为故障发生的概率密度公式表示为：当u
i
≥0时，所述误差值表示CPS模型在第i台发动机上测试时，计算RUL值多走了u
i
步；基于CPS
‑
DP模型，，回归器则需回退u
i
步，且每一步均相互独立；回归器回退了u
i
‑
1次都没有确认故障发生，但在第u
i
次预测确认设备故障发生，则第u
i
次预测为故障发生的概率密度公式表示为：其中，1
‑
p代表确认故障发生的概率，p代表回归器预测隶属于故障状态但是不能确认故障发生的概率；所述概率密度公式的最大值计算如下：故障发生的概率；所述概率密度公式的最大值计算如下：即为决策概率值；步骤S4.4、当回归器判断没有确认故障发生时，会继续进行下次的预测；在进行下一步预测的时候，为了确保模型的稳定性，需要对决策概率进行更新；每次迭代都需要更新u
i
，直到u
i
＝1 or
ꢀ‑
1停止更新，具体如下：更新后的决策概率如下：步骤S4.5、对上述步骤S3.3
‑
3.4进行迭代，最终可以获取决策概率的向量P，具体表达如下：p
i
＝[p
ui
,p
ui
‑1,p
ui
‑2...p2,p1]步骤S4.6、回归器对测试数据进行回归预测，分类器对每一次预测的输出值进行判断，判断的目标是该预测值是否隶属于故障状态类，当判断结果不属于故障状态类时，不做任何处理，回归器继续进行回归预测；当判断结果属于故障状态类时，计算决策概率，基于决策概率判断故障是否确实发生。2.根据权利要求1所述的基于CPS
‑
DP模型的航空发动机寿命预测方法，其特征在于，所述步骤S4.6中，回归器对测试数据进行回归预测的具体步骤包括：第i台发动机在测试过程使用步骤S4.5获得的决策概率的向量p
i
，当回归器输出值被分类器判断为故障状态时，使用p
i
中的第一个概率值p
ui
作为判断该步下故障是否最终发生的判断依据，即在该步下有p
ui
的概率故障不发生，有1
‑
p
ui
的概率故障发生；当该步下判断故障不发生，则需要继续进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永平，何家俊，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
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