航空发动机鲁棒残差设计故障诊断研究.pdf

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1、航空发动机鲁棒残差设计故障诊断研究傅强航空发动机鲁棒残差设计故障诊断研究AeroEngineFaultDiagnosisBasedonRobustResidualErrorDesign俘琵(中国民航飞行学院飞行技术学院。四川广汉618307)摘要：针对航空发动机的故障，设计了基于观测器的鲁棒故障诊断器。介绍了故障诊断中残差生成的一般形式和干扰解耦的基本原理。针对建模中存在的模型不确定性问题，在假定干扰分布已知的前提下，设计了鲁棒残差生成器。实现了残差对干扰解耦的目标，最后仿真模拟了燃油计量活门和尾喷管作动筒故障的情形。仿真结果表明。所设计的鲁棒残差生成器产生的残差具有对干扰低敏感而对

2、故障高敏感的特性，实现了残差对干扰解耦的目标。关键词：航空发动机观测器故障诊断干扰解耦鲁棒性中圉分类号：V233+．7文献标志码：AAbstract：Againstthefaultsofaeroengine。therobustfaultdiagnosisdevicebasedonobserverhasbeendesigned．ThegeneralformofresidualelTorgenerationandbasicprincipleofdisturbancedecouplingal'edescribed．Aimingattheuncertaintyofmodelexistingi

3、nmodeling。andassumingthedistributionofinterferenceisknown。therobustresidualelrorgeneratorisdesignedforachievingthetargetofresidualen'ordisturbancedecoupling．Themalfunctionsituationsoffuelmeteringvalveandexhaustnozzlealesimulated．Theresultsofsimulationshowthattheresidualell'orgeneratedbythis’gen

4、eratorfeatureslowsensitivetothedisturbance-whilesensitivetothefaults，thusthetargetofdisturbancedecouplingisachieved．Keywords：AemengineObserverFauhdiagnosisDisturbancedecouplingRobustness0引言在基于观测器的故障诊断中。通常将实际系统的参数扰动、干扰噪声等多种不确定性因素都转化为系统的未知输入，然后使状态估计误差与干扰(或者未知输入)无关¨。2]。但是在基于模型的故障诊断中往往不一定需要状态估计，因此就

5、不一定必须把状态估计误差从干扰中去耦[3]。如果设计一种干扰直接解耦残差的方法，能直接获得所需信号——残差，则故障诊断更为方便快捷[4】。1干扰解耦的基本原理考虑如下线性定常系统：fz(t)=缸(t)+砌(t)收以￡)+尉(t)，，IY(t)=Cx(t)+Du(t)收以t)一式中：X(t)ER“为状态向量；y(t)∈R”为输出向量；H(￡)∈R7为控制输入向量；d(t)∈R-为未知干扰量；，(t)∈R5为故障向量；A、B、C、D、E为已知的系数矩国家自然科学基金资助项目(蝙号：61179073)。修改稿收到日期：2012—08—30。作者傅强(1974一)，男，2005年毕业于西北工

6、业大学航空宇航推进理论与工程专业，获硕士学位。副教授；主要从事航空发动机控制及故障诊断等方面的研究。《自动化仪表》第34卷第6期2013年6月阵；足。和R：为故障分布矩阵。基于观测器的鲁棒残差生成器如图1所示。干扰故障图l鲁棒残差生成器Fig．1Robustresidualelrorgenerator图1中的状态方程可描述为：f工(t)=(A-KC)x(t)+(曰—蠡D)职(t)+蠡》(t){j，(t)=Cx(t)+DlI(t)(2)-(￡)=Q[y(￡)孑(t)]式中：，(t)∈科为残差向量；；(t)为状态的估计；多(t)为输出的估计；QE科“为残差的加权因子；置为观测器㈣。将式(

7、2)代入式(1)中，可得到残差方程式：fP}‘?似—?：：‘：?÷耐o)般抓D一艘以D(3)【，(t)=re(t)一QR以t)一航空发动机鲁棒残差设计故障诊断研究傅强式中：e(t)=工(￡)‘(t)为状态的估计误差；T=QC。对故障和干扰所对应的残差进行拉普拉斯变换，得到：r(s)=T(sI-A+KC)。Ed(s)+T(订-A根c)‘1(足。一艘：)，(s)一鲫以s)(4)由式(4)可知，要使残差与干扰解耦，只要将传递函数中所有干扰项的系数置零即可，也就是