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基于CNN-SVM的飞机EHA故障诊断算法研究

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西北工业大学学报 2023年第1期41卷 230-240页

作者：李旭东李艳军曹愈远王兴业段仕轩赵泽剑南京航空航天大学民航学院江苏南京211106

针对飞机电动静液作动器(electro-hydrostatic actuator,EHA)系统集成度高、工况复杂、故障种类多的特点,为了对其典型故障进行有效诊断,提出一种基于卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)和支持向量机(support vector mach... 详细信息

针对飞机电动静液作动器(electro-hydrostatic actuator,EHA)系统集成度高、工况复杂、故障种类多的特点,为了对其典型故障进行有效诊断,提出一种基于卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)和支持向量机(support vector machine,SVM)的故障诊断算法。使用CNN对故障数据进行自适应特征提取,再利用SVM对CNN全连接层输出进行分类。为提高SVM分类性能,使用带动态惯性权重的自适应粒子群优化算法(dynamic inertia weight adaptive particle swarm optimization,IWAPSO)实现对SVM参数的优化选择。引入Ramp损失函数降低SVM的噪声敏感性。结果表明:经过参数优化后的SVM准确率比标准SVM提升了12.6%,比传统CNN方法提升了17.3%;当使用含噪声信号的测试集时,基于Ramp损失函数的SVM表现出了更好的鲁棒性。

关键词：电动静液作动器卷积神经网络支持向量机粒子群优化算法 Ramp损失函数

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双基推进剂/包覆层界面脱粘敲击检测的策略

兵工学报 2022年第8期43卷 1779-1791页

作者：段仕轩李艳军曹愈远张兴成宋甫成柯宇航南京航空航天大学民航学院江苏南京211106

针对双基推进剂/包覆层界面脱粘敲击检测中存在的精度低、效率差、混乱无序等问题,提出一套基于敲击检测原理的策略,并对检测流程作出指导。基于敲击检测的基本特性,分别对被检测的柱体和球头两种特殊曲面进行网格划分,并对网格划分中... 详细信息

针对双基推进剂/包覆层界面脱粘敲击检测中存在的精度低、效率差、混乱无序等问题,提出一套基于敲击检测原理的策略,并对检测流程作出指导。基于敲击检测的基本特性,分别对被检测的柱体和球头两种特殊曲面进行网格划分,并对网格划分中可能出现的精度敏感性问题进行实验分析。由Barlow检测策略数学模型,提出双基推进剂/包覆层界面检测效率数学模型,该模型分别对顺序检测时间成本和定期检测时间间隔进行了定量分析。提出基于箱型图的波动范围识别方法,可以在缺陷云图中直观显示缺陷位置和恶劣程度。通过完整的工艺流程与案例实验分析表明,所提策略对敲击检测流程与检测后处理措施有一定指导意义。

关键词：敲击检测网格划分区域精度检测效率策略箱型图

基于模糊粗糙集和SVM的航空发动机故障诊断

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振动．测试与诊断 2017年第1期37卷 169-173页

作者：曹愈远张建李艳军张丽娜南京航空航天大学民航学院南京211106

随着航空产业的发展,航空发动机故障诊断逐渐向智能化、精确化方向发展,针对这一趋势结合模糊聚类、粗糙集以及支持向量机理论,提出了一种航空发动机故障诊断方法。首先,运用模糊C-均值聚类算法将连续数据离散化;然后,运用粗糙集的知识... 详细信息

随着航空产业的发展,航空发动机故障诊断逐渐向智能化、精确化方向发展,针对这一趋势结合模糊聚类、粗糙集以及支持向量机理论,提出了一种航空发动机故障诊断方法。首先,运用模糊C-均值聚类算法将连续数据离散化;然后,运用粗糙集的知识发现理论,在保持决策表的决策属性和条件属性之间的依赖关系不发生变化的前提下对决策表进行约简;最后,利用支持向量机适用于小样本数据处理的特性对样本进行学习得到最优超平面决策函数从而进行故障诊断。对航空发动机性能参数实例的验证结果表明,该方法对航空发动机故障具有较强的诊断能力,在不影响诊断率的基础上大大缩短了运算时间。因此,提出的算法具有较好的实用性和准确性。

关键词：航空发动机故障诊断模糊聚类粗糙集支持向量机

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直升机后向座椅的适坠性仿真分析

科学技术与工程 2023年第34期23卷 14879-14887页

作者：陈家辉李艳军曹愈远马新宇南京航空航天大学民航学院南京211106

针对航空座椅的动态冲击试验,目的是航空座椅更好的承受紧急着陆事件和保护乘员安全,但是适航认证的物理动态测试成本过高。采用有限元法建立出合适的航空座椅/假人系统的有限元模型,根据CCAR 27部规章添加边界条件和地板变形进行座椅... 详细信息

针对航空座椅的动态冲击试验,目的是航空座椅更好的承受紧急着陆事件和保护乘员安全,但是适航认证的物理动态测试成本过高。采用有限元法建立出合适的航空座椅/假人系统的有限元模型,根据CCAR 27部规章添加边界条件和地板变形进行座椅适坠性的仿真分析。通过与物理试验的结果对比,具有良好的一致性。在垂直冲击下,假人腰椎受到损伤最为严重;座椅板会出现与外框架的连接脱落;连接的滑动螺栓在保护乘客方面不够可靠;地板的变形会对座椅结构进一步产生破坏。利用有限元分析研究了第95百分位假人在飞机乘客座位上的影响,与50百分位的假人相比,假人损伤增加15%~25%,座椅负荷增加10%~20%。为了提高座椅对乘客保护能力,提出座椅改进设计方案,为同类型产品研发提供指导。

关键词：有限元法航空座椅垂直冲击数值仿真

AP聚类改进免疫算法用于航空发动机故障诊断

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航空动力学报 2019年第8期34卷 1795-1804页

作者：曹愈远张博文李艳军南京航空航天大学民航学院

在免疫算法训练过程中引入近邻传播(AP)聚类与熵权法,对训练样本进行聚类与权值计算,将权值引入免疫算法中样本选择阈值的计算,以解决训练过程采用固定选择阈值所造成的检测器在部分区域过拟合,部分区域欠拟合的问题。结果表明:改进的... 详细信息

在免疫算法训练过程中引入近邻传播(AP)聚类与熵权法,对训练样本进行聚类与权值计算,将权值引入免疫算法中样本选择阈值的计算,以解决训练过程采用固定选择阈值所造成的检测器在部分区域过拟合,部分区域欠拟合的问题。结果表明:改进的免疫算法用于典型非线性函数的寻优时,迭代性能均优于传统免疫算法,并在大部分情况下优于粒子群算法与量子遗传算法,在进行某型发动机故障诊断的实例实验时,改进后的算法的诊断准确率达到98.06%,高于传统免疫算法的92.60%。

关键词：故障诊断近邻传播(AP) 免疫算法熵权法混沌理论

基于模糊信息粒化和优化SVM的航空发动机性能趋势预测

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航空动力学报 2017年第12期32卷 3022-3030页

作者：李艳军张建曹愈远张丽娜南京航空航天大学民航学院南京211106 中国航空发动机集团有限公司商用航空发动机有限责任公司上海200241

提出采用模糊信息粒化(FIG)和优化的支持向量机(SVM)来预测航空发动机参数的变化趋势和变化空间。利用模糊信息粒化方法对性能参数进行粒化处理。以K-CV验证误差最小作为优化目标,采用遗传算法(GA)实现支持向量机惩罚参数和核函数参数... 详细信息

提出采用模糊信息粒化(FIG)和优化的支持向量机(SVM)来预测航空发动机参数的变化趋势和变化空间。利用模糊信息粒化方法对性能参数进行粒化处理。以K-CV验证误差最小作为优化目标,采用遗传算法(GA)实现支持向量机惩罚参数和核函数参数的自适应优化选择;训练SVM模型并进行并对模糊粒子非线性预测。利用某航空公司的某型航空发动机性能参数监测数据进行验证,结果表明:该算法可以有效实现航空发动机性能参数变化趋势和变化空间预测。在实例基础上分析了窗口大小对算法预测精度的影响以及算法多步预测的效果,得出算法最佳窗口大小为3个数据且算法3步以内预测误差小于10%。

关键词：航空发动机参数预测模糊信息粒化 K-折交叉验证遗传算法支持向量机(SVM)

基于改进正则化极限学习机的航空发动机性能参数预测

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Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 2021年第4期38卷 545-559页

作者：曹愈远张博文王华伟南京航空航天大学民航学院南京211106

性能参数预测技术是航空发动机健康管理的核心研究内容,越来越多的机器学习算法被应用于该领域,正则化极限学习机(Regularized extreme learning machine,RELM)是其中之一。但RELM的正则化参数确定非常消耗计算资源,使其在数据量较大的... 详细信息

性能参数预测技术是航空发动机健康管理的核心研究内容,越来越多的机器学习算法被应用于该领域,正则化极限学习机(Regularized extreme learning machine,RELM)是其中之一。但RELM的正则化参数确定非常消耗计算资源,使其在数据量较大的航空发动机性能参数预测领域表现出不适应性。本文使用前向和后向分割(Forward and backward segmentation,FBS)算法提升RELM性能,并引入自适应步长确定方法和一种改进的求解机制获得新的机器学习算法。新算法在保持良好泛化的同时,对正则化参数不敏感,极大地节省了计算资源。在公开数据集上的实验结果证明了新算法的优异性能。最后将新算法应用于航空发动机性能参数的预测,取得了优异的预测性能。

关键词：极限学习机航空发动机性能参数预测前向和后向分割算法

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免疫支持向量机用于航空发动机磨损故障诊断

北京航空航天大学学报 2017年第7期43卷 1419-1425页

作者：张建李艳军曹愈远张丽娜南京航空航天大学民航学院南京211106

航空发动机在使用寿命周期内会不断磨损最终出现故障,通过对发动机油液监测铁谱分析数据的挖掘可实现磨损故障的诊断。本文研究免疫算法优化的支持向量机(SVM)在航空发动机磨损故障诊断中的运用。首先,总结了支持向量机和免疫算法的运... 详细信息

航空发动机在使用寿命周期内会不断磨损最终出现故障,通过对发动机油液监测铁谱分析数据的挖掘可实现磨损故障的诊断。本文研究免疫算法优化的支持向量机(SVM)在航空发动机磨损故障诊断中的运用。首先,总结了支持向量机和免疫算法的运行流程和关键算法。然后,用改进的免疫算法优化支持向量机惩罚因子、松弛变量及核函数参数。某型航空发动机的油液铁谱分析数据和加入噪声数据验证结果表明,该方法可有效实现航空发动机磨损故障诊断且具有较好的鲁棒性。最后,研究了核函数、多分类决策方法、初始种群大小、亲和力计算公式、支持向量机优化方法和归一化方法对磨损故障诊断准确率的影响,得到了最佳诊断方法。

关键词：航空发动机磨损故障诊断铁谱分析免疫算法支持向量机(SVM)

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基于模型的飞控系统安全性分析研究

系统工程与电子技术 2021年第11期43卷 3259-3265页

作者：柯宇航李艳军曹愈远张兴成南京航空航天大学民航飞行学院江苏南京211106

针对飞控系统安全性分析问题,提出一种基于系统拓展模型(extended system model,ESM)的安全性分析方法。首先,运用Simulink建立系统名义模型。然后,对名义模型进行故障注入,得到系统扩展模型,观察故障情况下的系统响应并对系统进行安全... 详细信息

针对飞控系统安全性分析问题,提出一种基于系统拓展模型(extended system model,ESM)的安全性分析方法。首先,运用Simulink建立系统名义模型。然后,对名义模型进行故障注入,得到系统扩展模型,观察故障情况下的系统响应并对系统进行安全性分析。最后,选取操纵舵面系统(副翼/方向舵)为例。结果表明,系统故障拓展模型使得模型保持完整性和一致性,能够模拟系统故障多状态模式,保证了安全性分析结果的准确性和完整性。

关键词：基于模型的安全性分析飞控系统故障注入系统扩展模型