航空发动机传感器故障诊断及信号重构

论文摘要

在航空技术不断深入发展过程中，发动机控制系统愈发复杂。因此，对控制系统故障的及时诊断及容错控制越发重要。针对此问题，本文以某型航空发动机为例，重点研究发动机传感器故障诊断、隔离并重构故障信号技术。首先在发动机非线性模型的基础上，应用拟合法得到相应状态的发动机线性状态空间模型，并在此基础上，为满足发动机状态大范围变化的需要，设计了发动机大偏差模型。其次，在发动机线性模型基础上，结合卡尔曼滤波理论及常值增益滤波器原理，设计了基于一组卡尔曼滤波器的发动机传感器故障诊断系统，实现了在稳态或动态情况下，对单一或多重传感器突变及漂移故障的检测、隔离、重构。针对本文应用的故障诊断方法，基于某型发动机进行了仿真。仿真结果表明，应用基于卡尔曼滤波器组的故障诊断方法可以及时、准确地对传感器软硬故障进行检测、隔离及重构，验证了所设计的容错控制系统的容错效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 航空发动机控制系统故障检测与诊断技术概述
• 1.2.1 航空发动机控制系统故障诊断技术发展历史
• 1.2.2 航空发动机控制系统故障诊断方法
• 1.3 本文的方法选择及论文内容安排
• 第二章 建立发动机状态变量模型
• 2.1 概述
• 2.2 发动机连续域上的数学模型
• 2.3 基于拟合法建立发动机线性模型
• 2.4 状态变量模型的精度
• 2.5 应用于故障诊断的建模方法
• 2.6 航空发动机离散域数学模型
• 2.7 本章小结
• 第三章 卡尔曼滤波器的设计
• 3.1 引言
• 3.2 卡尔曼滤波器设计
• 3.2.1 卡尔曼滤波方程建立
• 3.2.2 常值增益卡尔曼滤波器
• 3.3 卡尔曼滤波器滤波效果仿真
• 3.3.1 滤波器增益的求取
• 3.3.2 滤波器效果仿真
• 3.4 Ｑ、Ｒ值的选取对滤波器的影响
• 3.5 卡尔曼滤波器稳定性、可观性
• 3.5.1 滤波器稳定性
• 3.5.2 滤波器可观性
• 3.6 本章小结
• 第四章 航空发动机传感器故障诊断
• 4.1 引言
• 4.2 传感器故障诊断系统
• 4.3 基于卡尔曼滤波器的传感器故障诊断
• 4.3.1 传感器硬故障及其诊断方法
• 4.3.2 传感器软故障的检测、隔离与重构
• 4.4 基于卡尔曼滤波器的单个传感器故障诊断仿真实验
• 4.5 基于卡尔曼滤波器的多个传感器故障诊断仿真实验
• 4.6 供油动态情况下的传感器故障诊断
• 4.7 本章小结
• 第五章 基于 DSP 控制器的硬件在回路仿真试验设计
• 5.1 需求分析
• 5.2 硬件介绍
• 5.2.1 FADEC 系统接口模拟器
• 5.2.2 供油回路的组成结构
• 5.2.3 DSP 控制器的硬件结构
• 5.3 控制器软件设计
• 5.3.1 上位机信号发生模块
• 5.3.2 AD 信号采集模块
• 5.3.3 SPI 驱动模块
• 5.3.4 ECAP 转速信号捕获模块设计
• 5.3.5 信号处理模块
• 5.3.6 SCI 通讯模块
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文的主要工作及结论
• 6.2 今后工作的展望
• 参考文献
• 致谢