RU2011126348A

RU2011126348A - Обнаружение аномалий в авиационном двигателе

Info

Publication number: RU2011126348A
Application number: RU2011126348/08A
Authority: RU
Inventors: Жером ЛАКАЙ; ДЖИКИ Ростан НЬЯ
Original assignee: Снекма
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2013-01-10

Claims

1. Способ обнаружения аномалий в авиационном двигателе (1), способ, отличающийся тем, что он содержит следующие этапы, на которых:

определяют модель поведения для средства (21) управления упомянутого авиационного двигателя (1) посредством использования временной регрессии, которая моделирует поведение упомянутого средства (21) управления в зависимости от набора данных, относящегося к упомянутому средству управления и включающего в себя измерения прошлых поведений, а также измерения состояний и управления упомянутого средства (21) управления;

непрерывно перерассчитывают упомянутую модель поведения для каждого нового набора данных; и

контролируют статистическую вариацию упомянутой модели поведения, для того чтобы обнаруживать аномалию поведения упомянутого средства (21) управления, представляющую аномалию работы упомянутого двигателя (1).

2. Способ по п. 1, содержащий следующие этапы, на которых:

собирают начальный набор данных, относящийся к упомянутому средству (21) управления;

разбивают упомянутый начальный набор данных на множество одинаковых интервалов, представляющих разные режимы (R1-R6) полета, идентифицированные индикаторами режима, определенными с использованием критериев, установленных экспертами; и

определяют эталонную модель поведения для каждого режима полета.

3. Система для обнаружения аномалий в авиационном двигателе (1), система отличающаяся тем, что она содержит:

средство (5) для определения модели поведения средства (21) управления упомянутого авиационного двигателя (1) посредством использования временной регрессии, которая моделирует поведение упомянутого средства (21) управления в зависимости от набора данных, относящегося к упомянутому средству управления и включающего в себя измерения прошлых поведений, а также измерения состояний и команд упомянутого средства (21) управления;

средство (5) для непрерывного перерасчета упомянутой модели поведения для каждого нового набора данных; и

средство (5) для контроля статистической вариации упомянутой модели поведения, для того чтобы обнаруживать аномалию поведения упомянутого средства управления, представляющую аномалию работы упомянутого двигателя (1).

4. Система по п. 3, содержащая:

средство (5) для сбора начального набора данных, относящегося к упомянутому средству (21) управления;

средство (5) для разбиения упомянутого начального набора данных на множество одинаковых интервалов, представляющих разные режимы (R1-R6) полета, идентифицированные индикаторами режима, определенными с использованием критериев, установленных экспертами; и

средство (5) для определения эталонной модели поведения для каждого режима полета.

5. Система по п. 4, содержащая:

средство (5) для действия со временем для сбора текущего набора данных, относящегося к упомянутому средству (21) управления;

средство (5) для сохранения содержимого упомянутого текущего набора данных за предопределенный период времени в буфере (23) памяти;

средство (5) для использования упомянутого текущего набора данных для расчета оценки индикаторов режима, чтобы идентифицировать текущий режим полета, специфичный упомянутому предопределенному периоду времени;

средство (5) для расчета текущей модели поведения, соответствующей упомянутому текущему набору данных и упомянутому текущему режиму полета;

средство (5) для оценивания несходства поведения между упомянутой текущей моделью поведения и упомянутой эталонной моделью поведения, соответствующей упомянутому текущему режиму полета; и

средство (5) для обнаружения аномалии поведения упомянутого средства (21) управления, когда упомянутое несходство поведения является большим, чем предопределенное пороговое значение нормальности.

6. Система по п. 5, отличающаяся тем, что упомянутая модель поведения является рациональным фильтром, система содержит:

средство (5) для нормализации упомянутого начального набора данных вычитанием фильтра нижних частот и нормирования относительно локального разброса для каждого режима полета;

средство (5) для определения множества математических формул, каждая формула выражает выходной вектор в настоящий момент y(t), представляющий текущее поведение упомянутого средства (21) управления в зависимости от выходных векторов в предыдущие моменты y(t-i), представляющих более ранние измерения поведения, и в зависимости от входных векторов, содержащих входной вектор в настоящий момент x(t) и входные векторы в предыдущие моменты x(t-i), каждый входной вектор x строится конкатенацией упомянутых измерений команд и состояния упомянутого средства управления;

средство (5) для использования упомянутого множества математических формул для определения эталонного рационального фильтра для каждого режима полета; и

средство (5) для использования упомянутого множества математических формул для расчета текущего рационального фильтра, относящегося к упомянутому текущему набору данных и к упомянутому текущему режиму полета.

7. Система по п. 6, отличающаяся тем, что каждая математическая формула из упомянутого множества математических формул соответствует линейному уравнению между упомянутыми выходными векторами y и входными векторами x, описанными аналитически во временной области посредством:

A(q)y = B(q)x, причем A(q) является вещественным полиномом, имеющим форму:

а B(q) является вещественным полиномом, в котором каждый коэффициент является линейным вектором, имеющим такой же размер, как входной вектор x , и имеющим форму:

причем

8. Система по п. 7, отличающаяся тем, что она содержит:

средство (5) для извлечения текущих нулей и полюсов из полиномов, связанных с упомянутым текущим рациональным фильтром, соответствующим упомянутому текущему режиму полета;

средство (5) для использования экспертных критериев для расчета индикаторов нормальности для упомянутого текущего режима полета из упомянутых текущих нулей и полюсов, а также из другой информации, представляющей контекст сбора данных, относящийся к упомянутому средству (21) управления; и

средство (5) для обнаружения аномалии поведения упомянутого средства (21) управления, когда несходство между упомянутыми индикаторами нормальности и соответствующим пороговым значением нормальности является большим, чем предопределенное значение.

9. Система по п. 7, отличающаяся тем, что она содержит:

средство (5) для определения несходства посредством функции, приспособленной к динамическому диапазону упомянутого средства (21) управления; и

средство (5) для обнаружения аномалии поведения упомянутого средства (21) управления, когда упомянутое несходство между эталонным рациональным фильтром и текущим рациональным фильтром является большим, чем предопределенное значение.

10. Система по п. 3, отличающаяся тем, что упомянутое средство (21) управления соответствует схеме (21a) регулятора, которая приводит в действие исполнительные механизмы (29), управляющие статорными клапанами (25a, 25b) в компрессоре (27a) низкого давления и компрессоре (27b) высокого давления турбореактивного двигателя (1), и служащие для изменения геометрий упомянутых компрессоров (27a, 27b) в зависимости от режима полета, и тем, что упомянутый набор данных, относящийся к упомянутой схеме (21a) регулятора, включает в себя данные о положениях исполнительных механизмов (29) и внешние данные, включающие в себя первую частоту N1 вращения вала упомянутого компрессора (27a) низкого давления, вторую частоту N2 вращения упомянутого компрессора (27b) высокого давления, давление P ниже по потоку от компрессоров, расход W топлива и команду u для исполнительных механизмов (29).

11. Система по п. 10, отличающаяся тем, что она содержит:

средство (5) для определения дискретного авторегрессионного фильтра стационарного режима для моделирования поведения выходной переменной в настоящий момент y(t), соответствующей текущим положениям исполнительных механизмов (29), в зависимости от выходных переменных в предыдущие моменты y(s; s < t), соответствующие более ранним положениям исполнительных механизмов (29), и в зависимости от входных переменных

,

соответствующих упомянутым внешним данным в прошлые и настоящий моменты, упомянутый авторегрессионный фильтр выражается в частотном спектре w рациональным фильтром

(31) полиномиальных дробей, имеющих вид:

где

и

средство (5) для сбора начальных цифровых данных, представляющих начальную входную и выходную переменные

, измеренные и сохраненные в течение стадий стендовых испытаний;

средство (5) для идентификации режимов полета по упомянутым начальным цифровым данным;

средство (5) для расчета, для каждого режима полета, оптимального набора рангов r_j и r₀ упомянутых полиномиальных дробей упомянутого рационального фильтра

; и

средство (5) для расчета, для каждого режима полета, эталонного рационального фильтра

.

12. Система по п. 11, отличающаяся тем, что она содержит:

средство (5) для сохранения со временем цифровых измерений, представляющих входные и выходные переменные (x(s), y(s)), в буфере (23) памяти для формирования выборки N измерений:

средство (5) для испытания стабильности упомянутой выборки N измерений;

средство (5) для идентификации текущего режима полета и для оценивания качества его классификации

;

средство (5) для оценивания текущего рационального фильтра

для оптимального набора рангов, связанных с упомянутым текущим режимом полета;

средство (5) для сравнения упомянутого текущего рационального фильтра

с эталонным рациональным фильтром

, соответствующим одному и тому же режиму полета; и

средство (5) для указания аномалии поведения упомянутой схемы (21a) регулятора, когда разница между упомянутым текущим рациональным фильтром

и упомянутым эталонным рациональным фильтром

является большей, чем предопределенное значение.

13. Система по п. 12, отличающаяся тем, что она содержит:

средство (5) для расчета эталонной среднеквадратической ошибки MSE₀ между выходной переменной, представляющей реальное положение исполнительных механизмов (29), которое измерено в течение стадий стендовых испытаний, и соответствующей выходной переменной, представляющей положение исполнительных механизмов (29), которое оценено упомянутым текущим эталонным рациональным фильтром

;

средство (5) для расчета текущей среднеквадратической ошибки MSE между текущей выходной переменной, представляющей реальное положение исполнительных механизмов (29), измеренное в течение измерений в реальном времени, и соответствующей выходной переменной, представляющей положение исполнительных механизмов (29), оцененное упомянутым текущим рациональным фильтром

;

средство (5) для расчета разности, определенной отношением e ₀ упомянутой текущей среднеквадратической ошибки MSE и упомянутой эталонной среднеквадратической ошибки MSE₀:

; и

средство (5) для указания аномалии, когда упомянутое отношение e ₀ является большим, чем предопределенное значение.

14. Система по п. 12, отличающаяся тем, что она содержит:

средство (5) для расчета последовательности

локальных индикаторов e _j взвешенным интегрированием посредством упомянутых текущего и эталонного рациональных фильтров

и

на полосе пропускания частот каждой входной переменной x_j(t):

причем

и

• средство (5) для расчета последовательности

локальных количественных показателей

с использованием технологии корреляции между упомянутыми локальными индикаторами e _j, где

- оценка между локальным индикатором e _j и другими локальными индикаторами:

причем c _j,i являются коэффициентами регрессии;

средство (5) для расчета глобального количественного показателя Z² с использованием расстояния Махаланобиса:

где

- среднее значение z, рассчитанное в течение стадий стендовых испытаний с ковариационной матрицей Σ;

средство (5) для расчета финального количественного показателя

умножением глобального количественного показателя Z² на показатель качества классификации режима полета,

; и

средство (5) для указания предупредительного сигнала аномалии поведения, когда значение финального количественного показателя

превышает предопределенное значение.

15. Компьютерная программа, включающая в себя инструкции для реализации способа обнаружения по п. 1, когда она выполняется средством процессора.