高空台进气轮盘式调节阀电液伺服机构典型故障诊断方法技术

本发明专利技术提供了一种高空台进气轮盘式调节阀电液伺服机构典型故障诊断方法，包括以下步骤：步骤1：根据压力要求，由进气系统控制器输出阀门开度的指令信号，将指令信号作为电液伺服执行机构的输入，液压缸输出对应阀门开度要求的位移，且通过位移传感器反馈至控制器；步骤2：对位移传感器进行故障注入且赋予相应的故障标签，对位移传感器故障信号进行特征提取，获得模极大值变化趋势与相应故障标签形成对应关系的预测模型，并进行故障识别和分类；步骤3：建立执行机构状态空间模型并设计滑模观测器和相应阈值，并形成故障检测策略；步骤4：通过改变主导特征参数以模拟典型故障，以联合仿真结果判断发生故障的元件以及故障类型，从而完成验证。从而完成验证。从而完成验证。

【技术实现步骤摘要】
高空台进气轮盘式调节阀电液伺服机构典型故障诊断方法


[0001]本说明书涉及航空发动机
，具体涉及一种高空台进气轮盘式调节阀电液伺服机构典型故障诊断方法。

技术介绍

[0002]现有技术中的高空模拟试验机种、台次、试验科目和试验时数都呈现激增的趋势，伴随而来的高空台试验风险也大大增加。高空台进气关键闭环调节系统的安全性和可靠性是保证被试发动机试验安全的重要环节，其主要基于位移传感器和电液伺服执行机构的控制达到调节被控参数的目的。高空台在执行被试发动机飞行高度和马赫数的动态调节任务过程中，系统中的位移传感器、驱动与调节元件都将会在大负荷、强振动、高频率使用的恶劣工况下长期工作，存在较大安全隐患，且技术人员无法迅速判断故障发生处以及无法有效进行更换设备，所以有必要开展进气压力调节系统传感及执行机构在线故障诊断方法研究，从而达到实现典型故障状态实时在线诊断、有效规避试验风险的目的。
[0003]进气压力调节执行机构作为一种液压伺服系统，各液压部件和位移传感器大多置于室外，长时间面临大跨度环境温度、湿度、粉尘、振动冲击等影响，同时进气压力控制系统中测量信号易受随机噪声污染的问题，极易引起部件故障。针对其电液伺服执行机构开展故障梳理，并对位移传感器信号分析与处理、执行机构故障解析模型与自适应滑模观测器的诊断方法开展理论研究，对提高进气压力调节系统控制精度和可靠性具有指导意义，也为后续开展高空台环境模拟系统进气压力调节位移传感器与执行机构的故障诊断工程应用、容错控制技术方法提供参考。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本说明书实施例提供一种高空台进气轮盘式调节阀电液伺服机构典型故障诊断方法，以提高高空台进气压力调节系统控制精度和可靠性。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种高空台进气轮盘式调节阀电液伺服机构典型故障诊断方法，包括以下步骤：步骤1：根据所需压力要求，由进气系统控制器输出阀门开度的指令信号，将指令信号作为电液伺服执行机构的输入，液压缸输出对应阀门开度要求的位移，且通过位移传感器反馈至控制器；步骤2：对位移传感器进行故障注入且赋予相应的故障标签，通过小波分析方法对位移传感器故障信号进行特征提取，采用监督学习方法获得故障情况下所提取的模极大值变化趋势与相应故障标签形成对应关系的预测模型，并进行故障识别和分类；步骤3：建立执行机构状态空间模型，基于执行机构状态空间模型设计滑模观测器和相应阈值，并形成故障检测策略；步骤4：利用已建立的执行机构AMESim模型，通过改变主导特征参数以模拟典型故障，以AMESim/MATLAB联合仿真结果判断发生故障的元件以及故障类型，从而完成电液伺服执行机构典型故障诊断方法的验证。
[0006]进一步地，步骤二包括：步骤2.1、故障样本扩充，对位移传感器进行故障注入，从而获得干扰和断电故障样本，且赋予相应的故障标签。
[0007]进一步地，步骤二还包括：步骤2.2、通过小波分析方法公式进一步地，步骤二还包括：步骤2.2、通过小波分析方法公式获取多层小波分析结果，进而获得每一层的模极大值并进行线性连接，以对位移传感器故障信号进行特征提取，其中，x(t)为传感器输出信号，φ
a,τ
(t)为小波基函数，WT
X
(a,τ)为传感器输出信号分解出的多层小波分析信号，a为尺度参数，τ为位移参数。
[0008]进一步地，步骤二还包括：步骤2.3、采用MATLAB工具箱中已有的的监督学习方法，将干扰故障样本和断电故障样本的模极大值变化趋势和对应故障标签作为训练输入，获得模极大值变化趋势与相应故障标签形成对应关系的预测模型，通过预测模型实现未知干扰和断电故障的识别和分类。
[0009]进一步地，步骤三包括：步骤3.1、建立的电液伺服执行机构的状态空间模型，并通过状态空间模型建立滑模观测器，进而形成自适应的滑模观测器。
[0010]进一步地，步骤三还包括：步骤3.2、采用递推算法进行自适应阈值设计。
[0011]进一步地，步骤三还包括步骤3.3：当有故障发生时，故障检测策略为e
y
>Thmaxrore
y
<Th_minr；当无故障发生时，故障检测策略为Th_maxr<e
y
<Th_minr，其中，Th_maxr表示阈值上界，Th_minr表示阈值下界，e
y
为输出误差。
[0012]进一步地，步骤四具体为：将阀芯位移、液压缸活塞杆速度及液压缸高压腔压力作为可观测状态变量，以AMESim/MATLAB联合仿真结果为滑模观测器提供故障诊断的输入数据，观测器对可观测状态变量进行观测且输出残差，根据不同故障对相应状态观测器的影响，以及残差与阈值的对比，判断发生故障的元件以及故障类型，从而完成电液伺服执行机构典型故障诊断方法的验证。
[0013]与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：本专利技术实现了当特种式轮盘调节阀执行机构发生典型故障时，有效分析重要元件的故障参数特性，能够迅速准确定位故障发生处，技术人员能够及时有效更换设备，有效节省了排故时的能源消耗与人员需求。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0015]图1是本专利技术实施例的方法原理图；
[0016]图2是位移传感器断路故障小波分析结果示意图；
[0017]图3是断路故障不同分解层数的细节系数模极大值变化趋势示意图；
[0018]图4是位移传感器干扰故障小波分析结果；
[0019]图5是干扰故障不同分解层数的细节系数模极大值变化趋势示意图；
[0020]图6是监督学习算法故障分类准确率示意图；
[0021]图7是内泄漏故障情况下阀位移观测效果示意图；
[0022]图8是内泄漏故障情况下阀位移与其观测值所得残差值及对应阈值；
[0023]图9是内泄漏故障情况下缸活塞速度观测效果示意图；
[0024]图10是内泄漏故障情况下缸活塞速度与其观测值所得残差值及对应阈值；
[0025]图11是内泄漏故障情况下缸高压腔压力观测效果示意图；
[0026]图12是内泄漏故障情况下缸高压腔压力与其观测值所得残差值及对应阈值；
具体实施方式
[0027]下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
[0028]以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高空台进气轮盘式调节阀电液伺服机构典型故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据所需压力要求，由进气系统控制器输出阀门开度的指令信号，将所述指令信号作为电液伺服执行机构的输入，液压缸输出对应阀门开度要求的位移，且通过位移传感器反馈至控制器；步骤2：对位移传感器进行故障注入且赋予相应的故障标签，通过小波分析方法对位移传感器故障信号进行特征提取，采用监督学习方法获得故障情况下所提取的模极大值变化趋势与相应故障标签形成对应关系的预测模型，并进行故障识别和分类；步骤3：建立执行机构状态空间模型，基于所述执行机构状态空间模型设计滑模观测器和相应阈值，并形成故障检测策略；步骤4：利用已建立的执行机构AMESim模型，通过改变主导特征参数以模拟典型故障，以AMESim/MATLAB联合仿真结果判断发生故障的元件以及故障类型，从而完成电液伺服执行机构典型故障诊断方法的验证。2.根据权利要求1所述的高空台进气轮盘式调节阀电液伺服机构典型故障诊断方法，其特征在于，所述步骤二包括：步骤2.1、故障样本扩充，对位移传感器进行故障注入，从而获得干扰和断电故障样本，且赋予相应的故障标签。3.根据权利要求2所述的高空台进气轮盘式调节阀电液伺服机构典型故障诊断方法，其特征在于，所述步骤二还包括：步骤2.2、通过小波分析方法公式获取多层小波分析结果，进而获得每一层的模极大值并进行线性连接，以对位移传感器故障信号进行特征提取，其中，x(t)为传感器输出信号，φ
a,τ
(t)为小波基函数，WT
X
(a,τ)为传感器输出信号分解出的多层小波分析信号，a为尺度参数，τ为位移参数。4.根据权利要求3所述的高空台进气轮盘式调节阀电液伺服机构典型故障诊断方法，其特征在于，所述步骤二还包括：步骤2.3、采用M...

【专利技术属性】
技术研发人员：但志宏，张松，王信，王彬，钱秋朦，赵伟，裴希同，常睿，刘威，陈华，
申请(专利权)人：中国航发四川燃气涡轮研究院，
类型：发明
国别省市：