测试与故障诊断
计 算 机 测量 与 控制
.2019.27
(
12
)
犆狅犿
狆
狌狋犲狉 犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋 牔 犆狅狀狋狉狅犾
·
29
·
收稿日期 :
2019 04 24
;
修回 日期 :
2019 05 14
。
作者 简介 :孔 祥伟(
1991
),男 ,宁 夏 石 嘴 山 人,硕 士 研 究 生,工
程师 ,主 要从 事航 空发 动机 状态 监测与故障诊断技术和 试 飞 数 据 处
理技 术方 向的 研究 。
文章编 号:
1671 4598
(
2019
)
12 0029 05
DOI
:
10.16526
/
j
.cnki.11-4762
/
t
p
.2019.12.007
中图分 类号:
V233.7
文献标 识码:
A
基于堆叠稀疏自编码神经网络的航空
发动机剩余寿命预测方法研究
孔祥伟,王
丹,吴
,张晓箐,何
良
(中国飞行试验研究院 测试所,西安
710089
)
摘要:航空 发动 机是 飞行 器的 核心 动力 系统 ,工作环境恶劣,对 其进 行状 态监 测和 寿命 预测 是保 障飞 行器 安全 可 靠 运 行 的 重
要技 术手 段;研究了一种基于堆叠稀疏自编码神经网络的航空发动机剩余寿命预测方法,首先 将多 个自 编码 网络 连接 构 成 深 度 堆
叠自编码网络,选取 发动 机的 状态 数据 作为 网络 的训 练输 入,使网络逐层智能提取数据间的分布式规则,从而 构建 发 动 机 退 化 的
堆叠 自编 码学 习模 型;通 过 采 用
BP
神 经 网 络 对 发 动 机 剩 余 寿 命 区 间 进 行 分 类, 作 为 发 动 机 剩 余 寿 命 预 测 的 结 果 ; 通 过 使 用
PHM2008
挑战 赛中 发动 机退 化数 据对 研究 方法 进行 了验 证,结果验证了堆叠自编码网络深度学习方法对航空发动机剩余寿命预
测的 有效 性
。
关键 词:航空发动机;堆 叠自 编码 ;
BP
神经 网络 ;寿命预测
犚犲狊犲犪狉犮犺狅狀犘狉犲犱犻犮狋犻狅狀 犕犲狋犺狅犱狅犳犃犲狉狅犲狀
犵
犻狀犲犚犲狊犻犱狌犪犾犔犻犳犲
犅犪狊犲犱狅狀犛狋犪犮犽犲犱犛
狆
犪狉狊犲犃狌狋狅犿犪狋犻犮犈狀犮狅犱犲狉
Kon
g
Xian
g
wei
,
Wan
g
Dan
,
WuYu
,
Zhan
g
Xiao
q
in
g
,
HeLian
g
(
Testin
g
Institute
,
ChinaFli
g
htTestInstitute
,
Xi
’
an
710000
,
China
)
犃犫狊狋狉犪犮狋
:
Aeroen
g
ineisthecore
p
owers
y
stemoftheaircraft.Theworkin
g
environmentisharsh.Thestatemonitorin
g
andlife
p
redictionareim
p
ortanttechnicalmeanstoensurethesafeandreliableo
p
erationoftheaircraft.This
p
a
p
er
p
ro
p
osesamethodfor
p
redictin
g
theremainin
g
lifeofaeroen
g
inebasedonstackeds
p
arseautoencoder.Firstl
y
,
multi
p
leself-encodin
g
networksarecon
nectedtoformadee
p
stackself-encodin
g
network
,
andthestatedataoftheen
g
ineisselectedasthetrainin
g
in
p
utofthenetworkto
makethenetworkla
y
er-b
y
-la
y
erintelli
g
entextraction.Distributedrulesbetweendatatobuildanen
g
ine-de
g
radedstackedself-
encodin
g
learnin
g
model.TheBPresidualneuralnetworkisusedtoclassif
y
theremainin
g
lifeoftheen
g
ineasaresultofthe
p
redic
tionoftheremainin
g
lifeoftheen
g
ine.The
p
ro
p
osedmethodisvalidatedb
y
usin
g
theen
g
inede
g
radationdatainthePHM2008Chal
len
g
e.Theresultsverif
y
theeffectivenessofthestackedself-encodin
g
networkdee
p
learnin
g
methodforthe
p
redictionofremainin
g
lifeofaeroen
g
ine.
犓犲
狔
狑狅狉犱狊
:
aeroen
g
ine
;
stackself-encodin
g
;
BPneuralnetwork
;
life
p
rediction
0
引言
航空发动机 具 有 自 动 化 程 度 高, 结 构 复 杂, 专 业 化 程
度高的特点。在 整 个 飞 机 系 统 中, 如 果 发 动 机 出 现 故 障 而
无法正常工作,将直 接 影 响 飞 机 的 安 全 运 行, 造 成 巨 大 的
经济损失甚至损坏飞机。死 亡 的 严 重 后 果
[
12
]
。然 而,由 于
航空发动机结 构 复 杂,难以 确 保 长 期 安 全 可 靠 运 行, 随 着
发动机工作时间的增加,发动 机 故 障 不 可 避 免 地 会 因 老 化,
环境和变载荷而发生
[
34
]
。因此,我们需要研究一种能够有
效预测发动机 剩 余 寿 命
、准 确 预 测 发 动 机 故 障 时 间、及时
实施维护
、最终防止灾难性故障的方法
[
56
]
。
航空发动机维护已 经 从 过 去 的 “基 于 预 防” 的 维 护 思
想转变为 “以 可 靠 性 为 中 心” 的 维 护 理 念,并且 还 从 简 单
的定期维护到状态 监 控
,基 于 状 态 的 维 护 和 生 命 存 储 部 件
监控相应的维护方法,定时维护的组合。
20
世纪
70
年代开
发了发动机健 康 管 理 技 术, 如 发 动 机 状 态 监 测, 故 障 诊 断
和寿命预测, 以 实 现 先 进 的 维 护 理 念
[
78
]
。 对 于 发 动 机 用
户,全面了 解 发 动 机 性 能, 快 速 准 确 地 隔 离 和 识 别 故 障,
可以更好 地 更 换 计 划
[
9
]
, 确 定 发 动 机 维 修 的 范 围 和 深 度,
大大降低运行和维护成本,有效避免重大事故的发生
[
10
]
。
目前,国外已开发出一些发动机健康管理系统,其主要
功能包括 趋 势 分 析,故 障 诊 断,寿 命 预 测, 维 护 计 划 和 管
理。自
1985
年以来,美国空军一直使用集成发动机管理系统
(
CEMS
)来管理其发动机机队。目前,
CEMSIV
已被全面的
发动机趋势和诊断系统 (
CETADS
)取代
[
11
]
。美国科学监测
公司为该系统开发了一个强大的数据分析和处理模块,称为
基于状态的智能状态发动机管理系统
(
ICEMS
),具有以下
功能:数据验 证 和 监 测 趋 势; 报 警,检 测 和 隔 离;故 障 预
测;部件寿命评估;运营和维护计划管理
[
1213
]
。
在国内民用 航 空 发 动 机 状 态 监 测 领 域,
20
世 纪
90
年