压气机气动失稳嵌入式预警系统的设计与实现

采用高性能DSP芯片TMS320F2812进行数据采集和处理,运用C语言和汇编语言混合编程,利用方差法检测失稳先兆信号,研制了压气机气动失稳嵌入式预警系统。实验结果表明,该预警系统能够实现对压气机气动失稳的在线预警,而且,实时性强、可靠性高,在发动机及压气机气动失稳的预报和控制工程中具有广阔的应用前景。     

压气机气动失稳故障的声学诊断技术研究进展

基于声学原理和声学信号进行压气机气动失稳故障诊断具有重要的研究价值，对基于声学信号的压气机失稳监测和预警技术开展了回顾与总结。首先介绍了常见的气动失稳故障，包括失速、喘振和旋转不稳定性的发声机理与信号特征，然后介绍和总结了国内外关于基于声学信号开展压气机气动失稳故障监测、诊断和预警方法的最新研究进展。结果表明：进入气动失稳状态的压气机，在声音特征上通常表现为低频能量增加、周期性破坏和特定模态分量幅值变化。通过对声信号的深入研究分析，建立机理与信号特征的联系，有望设计出更加准确、灵敏的压气机失稳故障检测方法。未来一段时间内，研究如何在包含噪声与混响的信号中提取出用于失稳诊断的信号特征以及发展相应数据集以支撑数据驱动的失稳检测方法将是声学失稳检测技术面临的重大问题。     

基于小波熵理论的航空发动机失稳状态检测

航空发动机气动失稳状态严重影响发动机的性能和安全,如何对气动失稳先兆进行预测判断是发动机领域重要的研究内容之一。基于小波熵在非平稳、瞬变微弱信号辨识方面有着良好的定位能力和灵敏度,将小波熵用于气动失稳信号先兆的捕获。以实际发动机失稳信号为样本进行小波熵分析。分析结果表明,小波熵能够及时捕获失稳先兆信号并给出报警信息。而且此算法具有较好的普适性,有利于发动机失稳的在线预警。     

非恒定转速下压气机动态模型的建立与仿真

研究了轴流式压气机在非恒定转速条件下的动态建模问题.采用模块化的建模方法在原MG模型的基础上详细地推导了模型的改进部分,并对改进后的模型进行了仿真分析与验证.改进的MG模型将压气机转速(或B参数)作为除压气机压升、平均流量和流量扰动之外的另一个状态变量,使压气机动态模型更加接近实际情况.仿真结果表明,改进模型能较好地描述轴流式压气机的失稳现象(旋转失速与喘振),可以应用于压气机系统稳定性分析、失速/喘振预测以及主动控制等方面的研究.     

轴流压气机旋转失速建模与检测II: 基于北航低速压气机试验台的实验研究

轴流压气机旋转失速和喘振的提前检测对于提高压气机工作效率和稳定性具有重要的意义.本文以北京航空航天大学航空发动机重点实验室的低速轴流压气机实验台为研究对象,基于确定学习理论及动态模式识别方法,开展旋转失速初始扰动近似准确建模和快速检测研究.首先,在压气机机匣壁面周向布置多个动态压力传感器,获取压气机失速前和失速先兆的动态压力信号,基于确定学习理论对旋转失速初始扰动的内部系统动态进行建模;其次,基于以上建模,利用微小振动故障检测方法实现对旋转失速的离线和在线提前检测.实验结果表明,本文所提方法能够在不同转速情况下,提前0.3 s~1 s实现对旋转失速的实时在线检测.     

某型压气机失速先兆研究

压气机失速时,其流场压力信号会发生变化,这种压力信号的特征频率固定在某一频率范围内.利用小波多分辨分析方法,提取包含特征频率的细节信号,并对该细节信号进行统计分析,得出稳定工作状态及失速状态信号的方差范围,由此确定滤波的阈值.通过阈值滤波,可以确定失速先兆信号及其出现的时刻.分析表明,该方法是有效的、可行的.     

基于频谱方差和谱减法的语音端点检测新算法

针对低信噪比情况下频谱方差法对语音信号进行端点检测时准确率降低的问题,提出了一种结合频谱方差和谱减法的语音端点检测新算法。算法采用改进的谱减法对语音信号进行动态降噪处理,并依据得到的降噪后信号的频谱方差设置双门限值进行端点检测。仿真实验表明,该方法具有抗噪性好、自适应性强等优点,在低信噪比情况下检测的准确率与普通的频谱方差法相比有很大的提高。     

基于FPGA的压气机旋转失速起始检测

采用压缩系统非线性模型构造了压气机旋转失速信号,定义了旋转失速强度指标量化压气机从稳定状态到完全进入旋转失速的发展过程,由此开展了基于FPGA的旋转失速起始检测研究。分析结果表明旋转失速强度可以有效提取失速前的先兆信号。以FPGA为载体,设计了基于SOPC的旋转失速起始检测系统,并进行了仿真研究。仿真结果表明,所设计的系统可以实现旋转失速强度的连续计算,可用于旋转失速起始在线检测。     

基于时间序列分析的压气机喘振检测

喘振检测对于保障压气机安全运转具有重要意义。以压气机出口总压作为喘振检测特征信号,采用时间序列分析方法建立了AR模型。多步预测的误差和滞后现象显示AR模型难以预测突发性的喘振现象。在喘振发生时,残差方差急剧增大,模型参数变化显著,设定合适的门限可及时可靠地检测出喘振信号。     

某单级压气机试验件叶顶碰摩特性研究

对某型压气机单级试验件气动性能试验中轴系振动特性进行了监测与分析,结果表明,背压变化会导致动叶叶顶与机匣发生碰摩现象,引发轴系低频高幅冲击振动,并给出了引发该型压气机叶顶碰摩的主要因素,以及避免碰摩引起高幅振动的主要改进措施,为轴流压气机级气动特性试验的安全运行提供参考.     

航空涡轮发动机失稳预警信号提取方法的研究

综合航空涡轮发动机失稳先兆波的幅值特性与频率特性,设计出能够提取失稳先兆特征的处理方法,并据此对发动机失稳数据进行处理与分析。通过使用不同的参数,此方法可实现对模态波和尖脉冲型失稳的预警。处理结果表明,此提取方法能够在失稳前15～20个转子周期内,有效地对尖脉冲型失稳进行预报,对模态波型失稳能够在60～80个转子周期前预警。并且此提取方法的算法复杂度较低,有利于失稳的在线预警,对航空燃气涡轮发动机主动控制技术的发展具有十分重要的意义。     

Shape signifiers for control of a low-order compressor model

Rotating stall and surge, two instability mechanisms limiting the performance of aeroengines compressors, are studied on the third-order Moore-Greitzer model. The skewness of the compressor characteristic, a single parameter shape signifier, is shown to determine the key qualitative properties of feedback control     

空压机并网运行自稳压控制系统改造

针对某厂空压机并网改造后运行效果不理想的问题,介绍了空压机并网运行自稳压控制系统的二次改造方案。该方案将2台空压机储气罐串联,既增大了储气罐的容量,又保证了输出的压缩空气流量和压力的可靠性、稳定性;可预先设定2台空压机的循环运行间隔时间;当一台空压机故障时,另一台空压机可自动投入工作;设有急停开关、2台空压机的启动及停止开关,可直接控制2台空压机的启动或停止运行。实际应用表明,二次改造后的空压机组运行稳定、正常。     

基于模糊熵的压气机失速信号分析研究

熵作为无序程度的度量,能够用于描述不同过程的复杂度或相似程度。采用模糊熵分析了某跨声压气机从稳定工作状态连续变化到失速工作状态过程中机匣壁面静压的变化情况,发现模糊熵值在压气机稳定工作状态下变化很小,而当模糊熵开始大幅值波动时压气机开始进入失速状态。将模糊熵分析结果与滤波分析进行对比表明,模糊熵可应用于压气机失速先兆信号的实时监测。     

Early detection of rotating stall in axial flow compressors via deterministic learning: detectability analysis

Rotating stall and surge are two violent unstable phenomena of an aero-engine compressor. The early detection of rotating stall is a critical and difficult issue in the operation of a compressor. Recently, a deterministic learning based stall inception detection approach (SIDA) has been developed for modeling and detecting stall inception in aero-engine compressors. This paper considers the derivation of analytical results on the detection capabilities for the SIDA based on deterministic learning. First, by utilizing the input/output stability of the residual system, a detectability condition of the SIDA is presented, and how to choose the parameters of the diagnostic system is also analyzed. Second, based on the relationship between NN approximation capabilities and radial basis function (RBF) network structures, the influence of RBF network structures on the performance properties of the SIDA is analyzed. Finally, a simulation study is presented, in which the Mansoux-C2 compressor model is utilized to verify the effectiveness of the proposed SIDA.     

基于PID算法的机组载荷共享与防喘振控制

简单介绍了离心式压缩机的工作原理以及喘振的概念、成因和可能造成的危害。通过对单台机组防喘振控制系统组成和控制方式的描述，介绍了基于PID算法的多台压缩机组防喘振控制系统的组成和参数整定。应用单独的PLC系统，实现了多台并联压缩机组的载荷共享和喘振边界均等化，以避免机组的喘振，达到工艺的安全平稳。