液体火箭发动机基于模糊模型的故障检测与诊断研究

论文摘要

本文以某大型泵压式液体火箭发动机为研究对象,围绕着发动机健康监控系统中的参数选择与故障特征提取、工作过程建模与辨识、实时故障检测与隔离等问题,研究实现了基于模糊模型的液体火箭发动机启动和稳态工作过程的实时故障检测与隔离方法。首先,系统介绍了国内外液体火箭发动机健康监控系统和故障诊断方法的研究现状,然后深入分析了发动机启动和稳态工作阶段的故障模式,并基于规律性标准RC（regularity criterion）方法选取了发动机的监控参数。其次,在简要介绍模糊模型的基本原理的基础上,重点分析了模糊T-S（takagi-sugeno）模型在液体火箭发动机故障检测当中的应用;并用FCM（Fuzzy C-means clustering）对训练数据进行预处理,改进模糊模型的训练。然后,基于模糊模型对发动机的启动和稳态工作过程进行了辨识,并结合故障检测逻辑,实现了发动机启动和稳态工作过程的基于模糊模型的故障检测算法,对于稳态阶段的故障进行了隔离,得到了初步的结果。本文实现的基于模糊模型的故障检测算法,通过了大量历史试车数据的离线验证与考核;结果表明,基于模糊模型的故障检测算法能够及时、准确地检测出已有的发动机故障,对于正常试车没有误报警,算法满足发动机现场试车故障检测的实时性和鲁棒性等要求,对于稳态阶段故障的隔离得到了满意的结果。因此,论文研究结果对于设计和实现工程实用的液体火箭发动机故障诊断系统与未来箭载健康监控系统具有重要的应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 液体火箭发动机健康监控系统的发展概况
• 1.3 模糊故障诊断算法概述
• 1.4 发展液体火箭发动机模糊故障诊断方法的重要性
• 1.5 论文的主要内容
• 第二章 液体火箭发动机工作原理及监控参数选择
• 2.1 液体火箭发动机的工作原理
• 2.2 监控参数的选择
• 2.2.1 规律性的标准RC 选择输入参数
• 2.2.2 规律性标准RC 考虑输入参数的延时性
• 2.2.3 监控参数选取总结
• 2.3 小结
• 第三章 液体火箭发动机基于模糊模型的工作过程辨识
• 3.1 模糊模型的原理
• 3.1.1 T-S 模糊模型的建立
• 3.1.2 自适应神经模糊推理系统的建立
• 3.2 稳态阶段模糊模型辨识
• 3.2.1 稳态阶段模糊T-S 模型的辨识
• 3.2.2 稳态阶段anfis 辨识
• 3.3 启动阶段模糊模型辨识
• 3.3.1 启动阶段T-S 模糊模型辨识
• 3.3.2 启动阶段anfis 辨识
• 3.4 基于模糊聚类方法的模糊模型训练的改进
• 3.4.1 模糊C-均值聚类
• 3.4.2 模糊C-均值聚类改进模糊模型的训练
• 3.5 小结
• 第四章 基于模糊方法的液体火箭发动机故障检测与隔离算法研究
• 4.1 液体火箭发动机稳态阶段故障的检测与隔离
• 4.1.1 稳态阶段的故障检测
• 4.1.2 稳态阶段的故障隔离
• 4.2 液体火箭发动机启动阶段故障检测
• 4.2.1 基于模糊模型的液体火箭发动机启动阶段故障检测
• 4.2.2 基于分类方法的液体火箭发动机启动阶段故障检测
• 4.3 液体火箭发动机基于模糊方法的故障诊断系统平台设计
• 4.4 小结
• 第五章 结束语
• 5.1 研究工作总结及结论
• 5.2 存在的问题及后续研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 启动阶段模糊模型辨识结果
• 附录B 稳态阶段模糊模型辨识结果