发动机及控制系统状态监测方法研究

本文针对发动机及控制系统并发故障的情况,设计一种基于决策级融合的单传感器自调整预测模型,提出一种基于数据驱动算法Meta-OSELM,用于构造发动机传感器的解析余度。并考虑多传感器发生故障时,基于信号融合传感器解析余度算法失效问题,设计一种基于决策级融合的自调整预测模型,实现涡扇发动机的传感器自调整预测,并进行发动机及控制系统并发故障下的故障监测与诊断验证。     

航空发动机伺服双通道协同控制技术研究

针对常规航空发动机伺服控制方法存在的不足,提出了一种采用双通道协同工作提高故障容错能力及伺服控制性能的方法。该方法通过余度管理算法对传感器信号进行有效融合,提高故障容错能力;并采用双通道同时工作的方式,提高通道切换速度,降低通道切换扰动。全数字仿真和台架试验验证结果均表明,该方法显著降低了通道切换对伺服控制回路带来的扰动,提高了故障容错能力,对提高航空发动机数字电子控制系统的工作性能和可靠性具有重要作用。     

电传控制系统余度配置管理设计技术的应用

本文介绍了数字电传控制系统的余度管理与安全措施管理,分析了飞机数字电传控制系统余度结构配置、系统监控面设置、输入信号余度管理、监控表决算法、输入信号故障安全处理,针对电传控制系统出现的故障,结合系统设置的余度及安全措施进行了分析、判断、处理。     

多通道余度模型中高可靠表决结构和算法

在多通道余度系统的研究和应用中,表决逻辑的结构成为影响整个系统的"瓶颈"。针对此问题,设计了一个具有级联功能的表决结构,由此实现完全意义上的多通道余度模型。提供了级联表决控制方法,实现在表决结构中出现故障时的执行策略;根据故障发生情况,提出了基于大数一致算法的可降阶表决算法。理论分析和实验表明,在表决算法最大限度保证表决正确性的前提下,级联表决结构大幅度提高了系统的可靠性。     

航空发动机加力火焰检测的试验验证

为了准确获取航空发动机加力燃烧室火焰燃烧情况进行推力控制，针对航空发动机控制系统中加力火焰检测的作用，分析了基于离子火焰传感器的加力火焰检测工作原理。根据离子火焰传感器在航空发动机中的实际安装情况，分析提出了影响加力火焰检测的因素，包括离子电流的汇流面形状、离子火焰传感器电极与汇流面的相对距离、燃烧温度以及离子火焰传感器电缆的寄生电容。通过搭建燃烧试验平台进行试验，验证了离子火焰传感器在航空发动机实际安装使用中各影响因素对离子火焰传感器采集值影响趋势，试验结果可用于航空发动机加力状态检测相关故障的排查。     

无人机多余度航空电子系统研究与应用

无人机航空电子系统余度技术的利用大大提高了无人机系统的可靠性和安全性;通过分析多余度航空电子系统的可靠度方案,选取了合适的航空电子系统余度构型,并提出了适合三余度航空电子系统的余度架构和余度管理策略;另外对采用了基于余度策略的航空电子系统的关键技术——余度管理技术进行了研究,分析了航空电子系统余度管理的任务,在此基础上提出了管理算法方案;最后,建立了系统的可靠性模型,采用数值计算的方法,得到了系统可靠性的变化结果,为无人机航空电子系统余度设计提供了可供参考的依据。     

航空发动机传感器故障鲁棒检测方法

研究发动机传感器故障准确检测问题,现代航空发动机数字电子控制系统对传感器的可靠性要求日益提高。针对航空发动机结构复杂,又工作在高温和高压下,常规采用的传感器故障检测方法的准确性易受到建模误差与外界扰动的影响,造成漏报或误报。为了提高检测精度,提出建立航空发动机数控系统传感器未知输入故障模型,采用特征结构配置的方法,通过配置闭环系统左特征向量实现故障检测残差对不确定性因素的干扰解耦,降低扰动对故障诊断结果的影响。用某型涡扇发动机数控系统传感器故障数字仿真试验表明,所设计的方法对范数有界的不确定量可以实现干扰解耦,抑制干扰对故障检测的影响,改善检测算法的鲁棒性,提高检测结果的准确性,同时满足在线运算的实时性要求。提高了航空发动机的可靠性,保证了安全飞行。     

基于传感器数据融合的航空发动机电子控制器

提出了一种基于矩阵奇异分解法的传感器数据融合方法及其在某型航空发动机电子控制器设计上的应用。试验结果表明:该传感器数据融合算法简单有效,分别消除了发动机中进口空气温度T1传感器近7.8℃和涡轮后燃气温度T4传感器近19.2℃的测量误差,提高了发动机电子控制器工作的可靠性,并适应于未来航空发动机分布式控制的发展方向。     

基于卡尔曼滤波器组的执行机构故障诊断方法

研究航空发动机控制系统中故障多发部件之一的执行机构故障诊断的问题.目前航空发动机控制系统执行机构故障诊断多采用硬件冗余的方法,因而导致设备重量和费用过高的问题,针对此问题,采用模型的解析余度方法,建立航空发动机执行机构的故障模型,利用卡尔曼滤波器组对发动机进行状态参数估计,构造滤波误差加权平方和作为系统残差,结合容错设计原理实现对执行机构故障的检测与隔离.仿真结果表明,改进方法对发动机燃油计量装置和喷口面积可调装置的执行机构故障诊断准确有效,易于工程实现.     

基于传感器数据融合的航空发动机电子控制器

提出了一种基于矩阵奇异分解法的传感器数据融合方法,并应用在某型航空发动机电子控制器的设计上.实验结果表明,该传感器数据融合算法简单有效,分别消除了发动机中进口空气温度T1传感器近7.8℃和涡轮后燃气温度T4传感器近19.2℃的测量误差,提高了发动机电子控制器工作的可靠性,并适应于未来航空发动机分布式控制的发展方向.     

基于多变体的控制软件异构冗余与动态重构技术研究

针对控制软件的防篡改问题,从工控安全角度出发,提出了一种利用多变体技术和虚拟化技术构建控制软件动态目标防御体系的新方法;通过多变体的异构冗余、动态重构和多模表决实现了软件层面的主动防御和安全态势感知,通过虚拟化技术实现了多变体执行环境的快速构建;着重介绍了技术路线、系统架构、动态重构策略、表决算法和同步机制;研究结果表明,该技术在提高控制系统可靠性的同时,使其具备了较强的主动安全防御能力。     

余度系统中的动态同步和表决控制

在多通道余度系统的研究和应用中,同步问题是整个余度系统正确运行的基本保证。基于多交叉通道模型和同步时间的静态分配策略,提出动态时间容错方法。针对该方法,设计基于时间容错的动态表决控制算法,实现多通道系统中的动态同步。给出动态同步表决控制逻辑,用于控制表决时间并监测表决数据。理论分析和实验结果表明,时间容错的动态表决控制算法扩展了任务处理的时间窗口,与静态同步算法相比,可有效降低通道故障率,提高对瞬时干扰的抵御能力以及余度系统的可靠性。     

无线传感器网络中能耗均衡的覆盖控制算法

覆盖控制作为无线传感器网络的一个基本问题,对网络的生存时间、部署策略、通信协议和组网等问题的解决具有重要影响。在传感器节点随机冗余部署方式下,传统的方式 是在保证覆盖要求和通信连通的前提下仅将最少量的节点投入活跃工作状态,从而降低网络能耗。但是,若频繁地激活同一批节点,会造成这些节点由于能耗过快而较早失效效,使整个网络的冗余程度降低。然而,冗余度是传感器网络在单个节点性能有限的情况下提高整个网络的可靠性、容错性、精确性等的基础。为此,本文提出了一个能耗均衡ECB的覆盖问题,指出它是NP完全的,并给出了一个集中式近似算法。该算法根据节点的剩余能量赋于每个节点非负权,再基于Voronoi划分和贪心边方法,在保证覆盖要求的同时选择权和最小的节点激活。仿真实验结果表明,ECB算法求得的活跃节点集小,可以达到有效覆盖,并且可以保持网络的冗余度。     

基于小波神经网络的船舶冷却水系统的传感器故障诊断

船舶冷却水系统是保证船舶动力装置安全可靠运行的系统之一,是故障诊断系统的重要组成部分,具有十分重要的工程意义.以船舶冷却水系统传感器故障检测问题为目标,提出了基于小波神经网络预测器的传感器故障诊断方法.该方法避免了神经网络结构设计上的盲目性及训练过程易陷入局部最小等问题,同时采用同伦算法优化网络,解决小波神经网络对初始值敏感的问题.采集大连海事大学实验船的传感器数据,以温度传感器为例,对1℃偏差故障、0.03℃/s速率漂移故障及不同方差下的精度等级下降故障进行了仿真,结果表明同伦小波网络的诊断率高达95%,证明了该方法的有效性.     

基于COTS器件的高费效比商业卫星计算机研究

对国内外基于COTS(Commercial Off-The-Shelf)器件的商业卫星计算机进行了研究。针对商业卫星公司对卫星可靠性、运算性能、成本控制、研发周期等要求和实际空间运行环境,分析了目前国内外商用卫星的设计模式和特点,提出一种基于汽车级COTS器件的商业卫星单板计算机系统。在可靠性设计上采用了EDAC、双核Lock-Step等技术,选用单粒子免疫的器件的MRAM和反熔丝FPGA,在保证计算机系统安全性、可靠性、成本控制和运算性能的同时,避免了多核或多处理器冗余加固方案导致的额外软件开发成本,缩短产品研发周期。研究对基于COTS器件的商业卫星计算机的可靠性设计有一定参考价值。     

Cooperative control of modular space robots

Modular self-assembling on-orbit robots have the potential to reduce mission costs, increase reliability, and permit on-orbit repair and refueling. Modules with a variety of specialized capabilities would self-assemble from orbiting inventories. The assembled modules would then share resources such as power and sensors. As each free-flying module carries its own attitude control actuators, the assembled system has substantial sensor and actuator redundancy. Sensor redundancy enables sensor fusion that reduces measurement error. Actuator redundancy gives a system greater flexibility in managing its fuel usage. In this paper, the control of self-assembling space robots is explored in simulations and experiments. Control and sensor algorithms are presented that exploit the sensor and actuator redundancy. The algorithms address the control challenges introduced by the dynamic interactions between modules, the distribution of fuel resources among modules, and plume impingement.     

改进差分进化算法在可靠性冗余分配问题中的应用

提出一种改进差分进化算法(IDE),以解决系统可靠性冗余分配问题.在罚函数法的基础上,对约束处理方法进行改进. 新约束处理方法在搜索过程中不需要在每一步都计算惩罚函数值,加快了寻优速度.具有良好的通用性,可以引入到其他智能优化算法中.将改进的算法用于求解4类典型的系统可靠性冗余分配问题,实验结果表明了所提出的改进算法具有很好的寻优精度和收敛速度.     

拟态通用运行环境外部表决机制研究

基于异构冗余架构的择多表决机制实现了拟态防御系统的容错机制.在拟态通用运行环境(Mimic Common Operating Environment,MCOE)中.由外部表决模块对异构执行体响应数据进行大数表决来实现这一机制.为完善表决机制,提高表决速度,本文提出了基于历史表现安全性和异构置信度的大数表决机制和并行聚类算法.改进的大数表决机制有效地修补了简单大数表决机制存在的无法产生表决结果以及忽视执行体本身安全性和相关性的问题;并行聚类算法解决了表决过程中数据闲置的问题,显著提高了表决速度.此外为了保证数据比对的可靠性,本文设计了针对结构化,非结构化(图像、音频、视频)数据的特定处理流程.