基于相空间重构和PCA的航空电弧故障检测

由电弧故障引起的航空安全问题深受人们重视,由于飞机内部空间狭小,电弧故障特征不明显且极易受到航空飞行条件的干扰,导致检测困难。该文将采集到的电弧电流信号看作一维时间序列,从系统的混沌特征出发,利用相空间重构技术将电弧电流信号引入高维空间,分析相平面吸引子的几何特征和属性特征,分别分析了中心距、矢径偏移、相关维数、K熵4种特征量在电弧故障发生前后的变化规律。利用主成分分析(principal component analysis,PCA)故障检测技术将特征矩阵降维处理,同时给出各试验负载下的PCA的监测统计量平方预测误差(squared prediction error,SPE)及其控制限,通过电弧故障发生前后的SPE值与其控制限的比较,实现航空交流电弧故障的检测。分析结果表明,4种特征量从不同的角度充分地反映了电弧故障发生前后系统变化的随机性和混沌性的差异,不需要人工设置阈值,可实现无监督在线判别电弧故障的发生。最后,利用主成分分析给出不同类型负载的分类方法,为在今后实现电弧故障检测的同时,实现负载的有效分类,能够更加有针对性地对电弧故障做出判断和应对。