JP5575792B2 - 航空機エンジンの異常検出 - Google Patents
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Description
前記航空エンジンの制御手段の挙動モデルを、前記制御手段に関する、および以前の挙動の測定値と前記制御手段の状態および制御の測定値とを含むデータセットの関数として前記制御手段の挙動をモデル化する時系列回帰を使用して、定義するステップと、
各新規データセットに対して前記挙動モデルを連続して再計算するステップと、
前記エンジンの動作異常を表す前記制御手段の挙動異常を検出するために、前記挙動モデルの統計的変動を監視するステップとを含む方法を提供する。
前記制御手段に関する初期データセットを収集するステップと、
前記初期データを、専門家によって確立された基準を使用して定義された状況指標によって識別された異なる飛行状況を表す複数の一定区間に分割するステップと、
各飛行状況に対して基準挙動モデルを定義するステップとを含む。
経時的に、前記制御手段に関する現在のデータセットを収集するように作動するステップと、
前記現在のデータセットのコンテンツを所定時間メモリバッファに記憶するステップと、
前記現在のデータセットから、推定される状況指標を計算して前記所定の時間に固有の現在の飛行状況を識別するステップと、
前記現在のデータセットおよび前記現在の飛行状況に対応する現在の挙動モデルを計算するステップと、
前記現在の挙動モデルと前記現在の飛行状況に対応する前記基準挙動モデルとの間の挙動距離を推定するステップと、
前記挙動距離が所定の正規性閾値より大きい場合に、前記制御手段の挙動異常を検出するステップとを含む。
ローパスフィルタを差し引いて、各飛行状況で推定される局所分散に対して正規化することで前記初期データセットを標準化するステップと、
前記制御手段の現在の挙動を表す現在の瞬間における出力ベクトルy(t)を、前の挙動測定値を表す前の瞬間における出力ベクトルy(t−i)の関数として、また現在の瞬間における入力ベクトルx(t)および前の瞬間における入力ベクトルx(t−i)を含む入力ベクトルの関数として表す数式であり、各入力ベクトルxは前記制御手段の前記コマンドおよび状態の測定値を統合することで構成される複数の数式を定義するステップと、
前記複数の数式を使用して、各飛行状況に対して基準有理フィルタを定義するステップと、
前記複数の数式を使用して、前記現在のデータセットおよび前記現在の飛行状況に関する現在の有理フィルタを計算するステップ。
A(q)y=B(q)x
によって時間領域において解析的に示された前記出力ベクトルyと入力ベクトルxとの一次方程式に対応することができる。
A(q)=1+a1q−1+a2q−2+・・・+araq−ra
の形の実多項形式であり、
また、B(q)は、実多項式であり、各々の係数は入力ベクトルxと同じ次元の線形ベクトルであり、以下の式を有する:
B(q)=b0+b1q−1+b2q−2+・・・+brbq−rb
この場合、
q−1(x(t))=x(t−1)
である。
前記現在の飛行状況に対応する前記現在の有理フィルタに関連付けられた多項式から現在の零点と極とを抽出するステップと、
専門的基準を使用して、前記現在の零点および極から、また前記制御手段に関する取得コンテンツを表す他の情報から、前記現在の飛行状況の正規性指標を計算するステップと、
前記正規性指標と対応する正規性閾値との距離が所定値より大きい場合に、前記制御手段の挙動異常を検出するステップとを含む。
前記制御手段のダイナミックレンジに適した関数を使用して、距離を定義するステップと、
基準有理フィルタと現在の有理フィルタとの前記距離が所定値より大きい場合に、前記制御手段の挙動異常を検出するステップとを含む。
アクチュエータの前の位置に対応する前の瞬間における出力変数y(s;s<t)の関数として、また過去と現在の瞬間における前記外部データに対応する入力変数
x(s)=(xj(s);s≦t)j=1・・・k
の関数として、アクチュエータの現在の位置に対応する現在の瞬間における出力変数y(t)の挙動をモデル化するために、
この場合、
ベンチテストの段階で測定され記憶された初期入力および出力変数(x0(s),y0(s))を表す初期デジタルデータを収集するステップと、
前記初期デジタルデータから飛行状況を識別するステップと、
各飛行状況に対して、前記有理フィルタ(Fj(w))j=1・・・kの前記多項式の分数の階数rjとr0との最適な組を計算するステップと、
各飛行状況に対して、基準有理フィルタ
入力および出力変数(x(s),y(s))を表すデジタル測定値をメモリバッファに経時的に記憶して、N測定値サンプル:
It={(x(s),y(s));s∈[t−N+1,・・・t]}
を形成するステップと、
前記N測定値サンプルの安定性をテストするステップと、
現在の飛行状況を識別し、その分類の質
QFR∈[0,1]
を推定するステップと、
前記現在の飛行状況に関連付けられた最適な組の階数に対する現在の有理フィルタ(Fj(w))j=1・・・kを推定するステップと、
前記現在の有理フィルタ(Fj(w))j=1・・・kを、同じ飛行状況に対応する基準有理フィルタ
前記現在の有理フィルタ(Fj(w))j=1・・・kと前記基準有理フィルタ
ベンチテスト段階で測定されたアクチュエータの実位置を表す出力変数と前記現在の基準有理フィルタ
リアルタイム測定で測定されたアクチュエータの実位置を表す現在の出力変数と現在の有理フィルタ(Fj(w))j=1・・・kによって推定されるアクチュエータの位置を表す対応出力変数との現在の平均二乗誤差MSEを計算するステップと、
前記現在の平均二乗誤差MSEと前記基準平均二乗誤差MSE0との比e0:
前記比e0が所定値より大きい場合に異常を示すステップとを含む。
ぞれぞれの入力変数xj(t)の周波数帯域にわたって、前記現在の有理フィルタ(Fj(w))j=1・・・kと前記基準有理フィルタ
Rjj(τ)=E[xj(t),xj(t−τ)]
の数列e=(ej)j=1・・・kを計算するステップと、
前記局所指標ej間の相関技術を使用して、局所的スコア
マハラノビス距離を使用して、大域的スコアZ2
大域的スコアZ2に飛行状況の分類の質係数QFR∈[0,1]を掛けることによって、最終スコア
QFR×Z2
を計算するステップと、
最終スコアQFR×Z2の値が所定値を超えた場合に、挙動異常警告を示すステップとを含む。
制御手段に関するデータセットで前記制御手段の前の挙動の測定値とコマンドおよび状態の測定値とを含むデータセットの関数として前記制御手段の挙動をモデル化する時系列回帰を使用して、前記航空エンジンの制御手段の挙動モデルを定義するための手段と、
各新規データセットに対して前記挙動モデルを連続して再計算するための手段と、
前記エンジンの動作異常を表す前記制御手段の挙動異常を検出するために、前記挙動モデルの統計的変動を監視するための手段とを備える、航空エンジンの異常を検出するシステムを提供する。
QFR∈[0,1]
を適用して承認され得る。
A(q)y=B(q)x
の形を有する一次方程式によって時間領域で分析的に示された出力ベクトルyと入力ベクトルxとの関係に対応することができる。この場合、A(q)は、
A(q)=1+a1q−1+a2q−2+・・・+araq−ra
の形の最高が1である実多項式であり、
B(q)は、
B(q)=b0+b1q−1+b2q−2+・・・+brbq−rb
の形を有する、各係数が入力ベクトルxと同じ次元の線形ベクトルである実多項式である。この場合、q−1は、
q−1(x(t))=x(t−1)
によって定義される遅延演算子である。
ay=bx
この場合、
x(s)=(xj(s);s≦t)j=1・・・k
の関数としてモデル化する働きをする。この自己回帰フィルタは、
x=(N1,N2,P,W,u)
を構成することができる。回転速度に関する外部測定値は、コンテキスト変動により高いロバスト性を提供することは留意されるべきである。
log(L)=−N(log(2πMSE)+1)
r=(r0,...,rk)
この場合、
r0≧1、かつrj≧0
のモデルをテストするために、モデルは、サンプルの第1の部分(例えば、サンプルのサイズの80%)で較正され、残りの部分でテストされる。
αλ(r)=log(MSE)+λd
の形の基準αλ(r)が得られる。
log(σ2)≒0
に等しく、信号はその平均(μ=0)によって推定される。その後、rの各成分jに対して、j番目の階数に1を足すことによって、階数の新規の組がテストされる。階数r1の次の組は、α(r)を最小にする組に相当する。その結果、数列(αn)n=0は、有理フィルタ31の階数の組の最良の選択に対応する最小値が得られるまで減少する。
t(n)=t0+nΔt
に相当する。
It={(x(s),y(s));s∈[t−N+1,・・・t]}
Q∈[0,1]
QFR∈[0,1]
を掛けることにより最終スコアQFR×Z2を定義することができる。
Claims (15)
- 航空エンジンの異常を検出する方法であって、
前記航空エンジン(1)の制御手段(21)の挙動モデルを、前記制御手段に関する、および以前の挙動の測定値と前記制御手段(21)の状態および制御の測定値とを含むデータセットの関数として前記制御手段(21)の挙動をモデル化する時系列回帰を使用して、定義するステップと、
各新規データセットに対して、前記挙動モデルを連続して再計算するステップと、
前記エンジン(1)の動作異常を表す前記制御手段(21)の挙動異常を検出するために、前記挙動モデルの統計的変動を監視するステップとを含むことを特徴とする、方法。 - 前記制御手段(21)に関する初期データセットを収集するステップと、
前記初期データセットを、専門家によって規定された基準を使用して定義された状況指標によって識別される異なる飛行状況(R1からR6)を表す複数の一定区間に分割するステップと、
各飛行状況に対して基準挙動モデルを定義するステップとを含む、請求項1に記載の方法。 - 航空エンジン(1)の異常を検出するシステムであって、
前記航空エンジン(1)の制御手段(21)の挙動モデルを、前記制御手段に関する、および以前の挙動の測定値と前記制御手段(21)のコマンドおよび状態の測定値とを含むデータセットの関数として前記制御手段(21)の挙動をモデル化する時系列回帰を使用して、定義するための手段(5)と、
各新規データセットに対して前記挙動モデルを連続して再計算するための手段(5)と、
前記エンジン(1)の動作異常を表す前記制御手段の挙動異常を検出するために、前記挙動モデルの統計的変動を監視するための手段(5)とを備えることを特徴とする、システム。 - 前記制御手段(21)に関する初期データセットを収集するための手段(5)と、
前記初期データセットを、専門家によって規定された基準を使用して定義された状況指標によって識別される異なる飛行状況(R1からR6)を表す複数の一定区間に分割するための手段(5)と、
各飛行状況に対して基準挙動モデルを定義するための手段(5)とを含む、請求項3に記載のシステム。 - 経時的に、前記制御手段(21)に関する現在のデータセットを収集するように作動するための手段(5)と、
前記現在のデータセットのコンテンツを所定時間メモリバッファ(23)に記憶するための手段(5)と、
前記現在のデータセットを使用して、状況指標の推定値を計算して前記所定時間に固有の現在の飛行状況を識別するための手段(5)と、
前記現在のデータセットおよび前記現在の飛行状況に対応する現在の挙動モデルを計算するための手段(5)と、
前記現在の挙動モデルと前記現在の飛行状況に対応する前記基準挙動モデルとの間の挙動距離を推定するための手段(5)と、
前記挙動距離が所定の正規性閾値より大きい場合に、前記制御手段(21)の挙動異常を検出するための手段(5)とを含む、請求項4に記載のシステム。 - 前記挙動モデルが有理フィルタであることを特徴とし、
ローパスフィルタを差し引いて、各飛行状況に対して推定される局所分散に対して正規化することで前記初期データセットを標準化するための手段(5)と、
前記制御手段(21)の現在の挙動を表す現在の瞬間における出力ベクトルy(t)を、前の挙動測定値を表す前の瞬間における出力ベクトルy(t−i)の関数として、また現在の瞬間における入力ベクトルx(t)および前の瞬間における入力ベクトルx(t−i)を含む入力ベクトルの関数として表す数式であり、各入力ベクトルxが前記制御手段の前記コマンドおよび状態の測定値を統合することで構成される複数の数式を定義するための手段(5)と、
前記複数の数式を使用して、各飛行状況に対して基準有理フィルタを定義するための手段(5)と、
前記複数の数式を使用して、前記現在のデータセットおよび前記現在の飛行状況に関する現在の有理フィルタを計算するための手段(5)とを備える、請求項5に記載のシステム。 - 前記複数の数式の各々の数式が、
A(q)y=B(q)x
によって時間領域において解析的に示された前記出力ベクトルyと入力ベクトルxとの一次方程式に対応し、
この場合、A(q)が、
A(q)=1+a1q−1+a2q−2+・・・+araq−ra
の形の実多項式であり、
また、B(q)が、実多項式であり、各係数が入力ベクトルxと同じ次元の線形ベクトルであり、
B(q)=b0+b1q−1+b2q−2+・・・+brbq−rb
の形を有し、
この場合、
q−1(x(t))=x(t−1)
であることを特徴とする、請求項6に記載のシステム。 - 前記現在の飛行状況に対応する前記現在の有理フィルタに関連付けられた多項式から現在の零点と極とを抽出するための手段(5)と、
専門的基準を使用して、前記現在の零点および極から、また前記制御手段(21)に関する取得コンテンツを表す他の情報から、前記現在の飛行状況の正規性指標を計算するための手段(5)と、
前記正規性指標と対応する正規性閾値との距離が所定値より大きい場合に、前記制御手段(21)の挙動異常を検出するための手段(5)とを備えることを特徴とする、請求項7に記載のシステム。 - 前記制御手段(21)のダイナミックレンジに適した関数を使用して、距離を定義するための手段(5)と、
基準有理フィルタと現在の有理フィルタとの前記距離が所定値より大きい場合に、前記制御手段(21)の挙動異常を検出するための手段(5)とを備えることを特徴とする、請求項7に記載のシステム。 - 前記制御手段(21)が、ターボジェット(1)の低圧圧縮機(27a)および高圧圧縮機(27b)におけるステータベーン(25a、25b)を制御し、飛行状況に応じて圧縮機(27a、27b)の構造を変更する働きをするアクチュエータ(29)を操作する調整回路(21a)に相当すること、および前記調整回路(21a)に関する前記データセットが、アクチュエータ(29)の位置に関するデータ、および前記低圧圧縮機(27a)のシャフトの第1の回転速度N1と、前記高圧圧縮機(27b)のシャフトの第2の回転速度N2と、圧縮機から下流側の圧力Pと、燃料流量Wと、アクチュエータ(29)のためのコマンドuとを含む外部データを含むことを特徴とする、請求項3から9のいずれか一項に記載のシステム。
- アクチュエータ(29)の前の位置に対応する前の瞬間における出力変数y(s;s<t)の関数として、また過去と現在の瞬間における前記外部データに対応する入力変数
x(s)=(xj(s);s≦t)j=1・・・k
の関数として、アクチュエータ(29)の現在の位置に対応する現在の瞬間における出力変数y(t)の挙動をモデル化するために、
この場合、
ベンチテストの段階で測定され記憶された初期入力および出力変数(x0(s),y0(s))を表す初期デジタルデータを収集するための手段(5)と、
前記初期デジタルデータから飛行状況を識別するための手段(5)と、
各飛行状況に対して、前記有理フィルタ(Fj(w))j=1・・・kの前記多項式の分数の階数rjとr0との最適な組を計算するための手段(5)と、
各飛行状況に対して、基準有理フィルタ
- 入力および出力変数(x(s),y(s))を表すデジタル測定値をメモリバッファ(23)に経時的に記憶して、N測定値サンプル:
It={(x(s),y(s));s∈[t−N+1,・・・t]}
を形成するための手段(5)と、
前記N測定値サンプルの安定性をテストするための手段(5)と、
現在の飛行状況を識別し、その分類の質
QFR∈[0,1]
を推定するための手段(5)と、
前記現在の飛行状況に関連付けられた最適な組の階数に対する現在の有理フィルタ(Fj(w))j=1・・・kを推定するための手段(5)と、
前記現在の有理フィルタ(Fj(w))j=1・・・kを、同じ飛行状況に対応する基準有理フィルタ
前記現在の有理フィルタ(Fj(w))j=1・・・kと前記基準有理フィルタ
- ベンチテスト段階で測定されたアクチュエータ(29)の実位置を表す出力変数と前記現在の基準有理フィルタ
リアルタイム測定値で測定されたアクチュエータ(29)の実位置を表す現在の出力変数と前記現在の有理フィルタ(Fj(w))j=1・・・kによって推定されるアクチュエータ(29)の位置を表す対応出力変数との現在の平均二乗誤差MSEを計算するための手段(5)と、
前記現在の平均二乗誤差MSEと前記基準平均二乗誤差MSE0との比e0:
前記比e0が所定値より大きい場合に異常を示すための手段(5)とを備えることを特徴とする、請求項12に記載のシステム。 - それぞれの入力変数xj(t)の周波数帯域にわたって、前記現在の有理フィルタ(Fj(w))j=1・・・kと前記基準有理フィルタ
前記局所指標ej間の相関技術を使用して、局所的スコア
マハラノビス距離を使用して:
大域的スコアZ2に飛行状況の分類の質係数QFR∈[0,1]を掛けることによって、最終スコアQFR×Z2を計算するための手段(5)と、
最終スコアQFR×Z2の値が所定値を超えた場合に、挙動異常警告を示すための手段(5)とを備えることを特徴とする、請求項12に記載のシステム。 - プロセッサ手段によって実行されるときに、請求項1または2に記載の検出方法を実施する命令を含む、コンピュータプログラム。
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