Algorithms for diagnostic and parameter of failures of channels of measurement of TV3-117 aircraft engine automatic control system in flight modes based on neural network technologies
Вантажиться...
Дата
2020
ORCID
DOI
Науковий ступінь
Рівень дисертації
Шифр та назва спеціальності
Рада захисту
Установа захисту
Науковий керівник
Члени комітету
Видавець
Proceedings of the National Aviation University. - 2020. - N3 (84). - P. 26–37
Анотація
Запропоновано розв’язання задачі підвищення надійності системи автоматичного управління авіаційного двигуна ТВ3-117 на основі введення алгоритмічної надмірності. Розроблено алгоритми діагностики та парирування відмов вимірювальних каналів для вхідних
параметрів вбудованої в САУ лінійної адаптивної бортової математичної моделі авіаційного двигуна
ТВ3-117 (LABEM). Наведено основні співвідношення LABEM. В якості основи статичної моделі
двигуна використовується дросельна характеристика індивідуального двигуна, отримана на
здавальних випробуваннях або на «гонці» в експлуатації після проведення обслуговування. Динамічна лінійна модель авіаційного двигуна ТВ3-117 нижнього рівня будується за методом
простору станів. Технічні і теоретичних проблем практичної реалізації резервування за допомогою
моделі пов’язані з високою розмірністю простору станів двигуна, що істотно перевищує розмірність
вектору вимірюваних на борту параметрів. Виникає проблема ідентифікації відмови датчика з
подальшим заміщенням інформації модельним значенням. Обґрунтовано необхідність побудови
алгоритмів виявлення і локалізації відмов вимірювальних каналів двоканальних датчиків, що діють в
умовах перешкод. Для підвищення надійності вхідної інформації по контуру витрати палива
застосовуються алгоритми Калман-фільтрації з вбудованою логікою виявлення та локалізації відмови
вимірювального каналу. Описано алгоритми виявлення та локалізації відмов датчиків в контурі
дозуючої голки на основі фільтрів Калмана. Алгоритми будуються на обчисленні сигнатури відмови
як зваженої суми квадратів відхилень (WSSR), яку порівнюють з обраним пороговим значенням.
Результати випробувань на моторному стенді і моделювання в середовищі MatLab показали, що
застосування запропонованих алгоритмів в складі LABEM дозволяє досягти високих показників
надійності і якості автоматичного управління.
The solution of the reliability increasing problem of the TV3-117 aircraft engine automatic control system (ACS) through the use of the algorithmic redundancy is offered. The purpose of research is development of algorithms of measuring channels’ fault diagnostics and counteraction for input parameters of linear adaptive on-board engine model (LABEM) built into the ACS. The LABEM basic mathematics is shown. The static model is based on the throttle characteristics of the individual engine. The throttle characteristics was obtained in the acceptance tests or "race" in the operation after the service. The lower level dynamic linear mathematical model of a gas-turbine engine is obtained by state space method. The technical and theoretical difficulties of practical implementation of algorithmic reservation by the model are associated with the high dimensionality of the engine state space, that are significantly higher than the dimension of the vector of parameters measured on board. There is a problem of identification of sensor fault with subsequent replacement of the value by modeling information. The necessity of fault detection and isolation algorithms in is justified. To improve the reliability of the fuel circuit input information the Kalman-filtering algorithms with integrated fault detection and isolation logic for the measuring channels are used. The fault detection and isolation algorithms for sensors’ channels measurement in dosing needle loop based on Kalman filters were described. The algorithms are based on the calculation of the fault signature as weighted sum of the squares of residuals (WSSR), which is compared with the selected threshold value. The practice results of engines’ stand tests and MatLab simulation showed the high reliability and quality of TV3-117 aircraft engine ACS based on proposed algorithms.
Предлагается решение задачи повышения надежности системы автоматического управления (САУ) авиационного двигателя ТВ3-117 на основе введения алгоритмической избыточности. Разработаны алгоритмы диагностики и парирования отказов измерительных каналов для входных параметров встроенной в САУ линейной адаптивной бортовой математической модели авиационного двигателя ТВ3-117 (LABEM). Приведены основные соотношения LABEM. В качестве основы статической модели двигателя используется дроссельная характеристика индивидуального двигателя, полученная на сдаточных испытаниях или на «гонке» в эксплуатации после проведения обслуживания. Динамическая линейная модель авиационного двигателя ТВ3-117 нижнего уровня строится по методу пространства состояний. Технические и теоретические трудности практической реализации резервирования с помощью модели связаны с высокой размерностью пространства состояний двигателя, существенно превышающей размерность вектора измеряемых на борту параметров. Возникает проблема идентификации отказа датчика с последующим замещением информации модельным значением. Обоснована необходимость построения алгоритмов обнаружения и локализации отказов измерительных каналов двухканальных датчиков, действующих в условиях помех. Для повышения надежности входной информации по контуру расхода топлива применяются алгоритмы Калман-фильтрации со встроенной логикой обнаружения и локализации отказа измерительного канала. Описаны алгоритмы обнаружения и локализации отказов датчиков в контуре дозирующей иглы на основе фильтров Калмана. Алгоритмы строятся на вычислении сигнатуры отказа как взвешенной суммы квадратов отклонений (WSSR), которую сравнивают с выбранным пороговым значением. Результаты полунатурных испытаний на моторном стенде и моделирования в среде MatLab показали, что применение предложенных алгоритмов в составе LABEM позволяет достичь высоких показателей надежности и качества автоматического управления.
The solution of the reliability increasing problem of the TV3-117 aircraft engine automatic control system (ACS) through the use of the algorithmic redundancy is offered. The purpose of research is development of algorithms of measuring channels’ fault diagnostics and counteraction for input parameters of linear adaptive on-board engine model (LABEM) built into the ACS. The LABEM basic mathematics is shown. The static model is based on the throttle characteristics of the individual engine. The throttle characteristics was obtained in the acceptance tests or "race" in the operation after the service. The lower level dynamic linear mathematical model of a gas-turbine engine is obtained by state space method. The technical and theoretical difficulties of practical implementation of algorithmic reservation by the model are associated with the high dimensionality of the engine state space, that are significantly higher than the dimension of the vector of parameters measured on board. There is a problem of identification of sensor fault with subsequent replacement of the value by modeling information. The necessity of fault detection and isolation algorithms in is justified. To improve the reliability of the fuel circuit input information the Kalman-filtering algorithms with integrated fault detection and isolation logic for the measuring channels are used. The fault detection and isolation algorithms for sensors’ channels measurement in dosing needle loop based on Kalman filters were described. The algorithms are based on the calculation of the fault signature as weighted sum of the squares of residuals (WSSR), which is compared with the selected threshold value. The practice results of engines’ stand tests and MatLab simulation showed the high reliability and quality of TV3-117 aircraft engine ACS based on proposed algorithms.
Предлагается решение задачи повышения надежности системы автоматического управления (САУ) авиационного двигателя ТВ3-117 на основе введения алгоритмической избыточности. Разработаны алгоритмы диагностики и парирования отказов измерительных каналов для входных параметров встроенной в САУ линейной адаптивной бортовой математической модели авиационного двигателя ТВ3-117 (LABEM). Приведены основные соотношения LABEM. В качестве основы статической модели двигателя используется дроссельная характеристика индивидуального двигателя, полученная на сдаточных испытаниях или на «гонке» в эксплуатации после проведения обслуживания. Динамическая линейная модель авиационного двигателя ТВ3-117 нижнего уровня строится по методу пространства состояний. Технические и теоретические трудности практической реализации резервирования с помощью модели связаны с высокой размерностью пространства состояний двигателя, существенно превышающей размерность вектора измеряемых на борту параметров. Возникает проблема идентификации отказа датчика с последующим замещением информации модельным значением. Обоснована необходимость построения алгоритмов обнаружения и локализации отказов измерительных каналов двухканальных датчиков, действующих в условиях помех. Для повышения надежности входной информации по контуру расхода топлива применяются алгоритмы Калман-фильтрации со встроенной логикой обнаружения и локализации отказа измерительного канала. Описаны алгоритмы обнаружения и локализации отказов датчиков в контуре дозирующей иглы на основе фильтров Калмана. Алгоритмы строятся на вычислении сигнатуры отказа как взвешенной суммы квадратов отклонений (WSSR), которую сравнивают с выбранным пороговым значением. Результаты полунатурных испытаний на моторном стенде и моделирования в среде MatLab показали, что применение предложенных алгоритмов в составе LABEM позволяет достичь высоких показателей надежности и качества автоматического управления.
Опис
Vladov, S. Algorithms for diagnostic and parameter of failures of channels of
measurement of TV3-117 aircraft engine automatic control system in
flight modes based on neural network technologies / Serhii Vladov // Proceedings of the National Aviation University. - 2020. - N3 (84). - P. 26–37. - DOI: 10.18372/2306-1472.84.14950.
Ключові слова
Техніка. Технічні науки. Machinery. Engineering. Техника. Технические науки, Наукові публікації. Scientific publications. Научные публикации, авіаційний двигун ТВ3-117, aircraft engine TV3-117, авиационный двигатель ТВ3-117, системи автоматичного управління, automatic control systems, системы автоматического управления, надійність, reliability, надежность, фільтр Калмана, Kalman filter, фильтр Калмана, сигнатура відмови, waiver signature, сигнатура отказа, вимірювальний канал, measuring channel, измерительный канал, перешкоди, obstacles, препятствия, вбудована лінійна адаптивна бортова математична модель двигуна, built-in linear adaptive on-board mathematical engine model, встроенная линейная адаптивная бортовая математическая модель двигателя