基于卡爾曼濾波和主元分析的發動機性能衰退

李 冬，李本威，趙鵬飛，趙 凱，朱飛翔

（1.海軍航空工程學院a.研究生管理大隊；b.飛行器工程系，山東煙臺264001；2.92407部隊，遼寧綏中125200）

研究部件性能參數衰退是開展發動機整機性能研究的基礎。部件性能參數包括流量、效率等。在不采取任何維修措施的前提下，發動機部件性能參數隨使用時間延長會逐漸衰退，使發動機整機性能下降，如不及時采取必要的維修措施，衰退程度會進一步加重，產生更為嚴重的影響[1-3]。只有準確地估計部件性能參數，才能準確地了解發動機狀況，才有可能制定更為科學的維修計劃，延長發動機使用壽命，降低維修成本。近年來，不斷出現研究發動機性能變化的監控算法，例如加權最小二乘法[4]、專家系統[5]、卡爾曼濾波[6]和遺傳算法[7]。

本文首先通過非線性參數估計，在給定測量參數基礎上得到對應離散時刻的部件性能參數，并對性能參數增加參數變化約束范圍加快收斂。當測量參數變化比較集中時，回代到穩態模型利用非線性技術求解時，由于穩態模型精度和求解效率的原因，共同方程組不一定收斂到最佳，因而部件性能參數衰退趨勢不明顯。利用卡爾曼濾波器估計參數變化，將性能參數擴充為狀態參數，在某些離散時間點設置卡爾曼濾波器的狀態參數，得到部件性能參數完整衰退過程。在此性能參數基礎上，將其代入到穩態模型中，得到對應的測量參數。利用主元分析方法對測量參數在2個空間（主成分空間PCA和殘差空間RS）進行分解，提取反映部件性能參數衰退的成分。……