多源统计数据驱动的航空发动机剩余寿命预测方法

针对统计数据驱动方法中多变量无法建立退化模型的问题,提出了一种多源统计数据驱动的航空发动机剩余寿命(RUL)预测方法。建立了基于欧氏距离的航空发动机监测信息融合模型,综合多源监测数据以量化发动机健康状态退化过程;构建了基于非线性漂移维纳过程的航空发动机退化模型,推导发动机剩余寿命概率密度函数解析式,实现对发动机剩余寿命的估计。选取C-MAPSS数据集进行仿真实验,结果表明,与已有研究结果相比,所提方法预测结果在确定系数和惩罚得分两项均有所改进。该方法可为其他非线性退化系统的RUL预测提供一定的参考。     

执行器退化下反馈控制系统的寿命预测和延寿方法

在长期运行过程中,控制系统受到复杂工作环境的影响,执行器会发生不同程度损伤并导致其性能退化,进而致使反馈控制系统性能随之下降,甚至无法正常工作.因此针对执行器退化引起的系统性能恶化问题,建立了磨损和冲击共同作用的执行器复合退化模型,并采用基于失效时间的概率分布方法预测系统剩余寿命.然后,将执行器状态纳入控制器设计中,通过在线调整控制约束和修正设定值寻求系统性能与执行器健康指标之间的折衷平衡,以延缓执行器退化实现延长控制系统生命周期的目的.最后通过仿真案例验证了文中方法的有效性.     

一种混合退化系统剩余寿命预测方法

针对传统的预测方法不能同时考虑线性和非线性退化问题,提出了一种基于维纳过程的带随机参数和确定参数的混合退化模型.基于首达时间(FHT)的概念给出了剩余寿命(RUL)的解析渐进显式形式,模型中随机参数通过Kalman滤波技术实时更新,确定参数采用极大似然估计进行估计.最后,采用陀螺仪实验数据验证了该方法的有效性.     

基于PCA-NARX的锂离子电池剩余使用寿命预测

目前基于数据驱动的锂离子电池RUL预测方法不能较好地适应于同类型不同电池的RUL预测,且预测精度易受健康因子冗余或不足的影响.针对以上问题,提出一种结合主成分分析（PCA）特征融合与非线性自回归（NARX）神经网络的锂离子电池RUL间接预测框架.首先提取多个能反映电池性能退化的可测参数,并将PCA去除冗余后的结果作为预测健康因子;然后利用一组电池的全寿命数据构建基于NARX神经网络的健康因子和容量预测模型,对同类型不同电池预测时将该电池寿命前期健康因子作为输入,即可间接预测出其RUL.最后实验结果表明所提框架在同类型不同电池RUL的预测中精度较高且适应性较强.      

基于LSTM-CAPF框架的岸桥起升减速箱轴承寿命预测方法

岸桥起升减速箱轴承的健康状况对港口生产安全具有重要意义.针对岸桥变工况的工作条件,提出一种起升减速箱轴承的剩余使用寿命(RUL)预测框架.首先,对工作载荷进行离散化,并确定工况边界.然后,利用长短时记忆(LSTM)网络模型预测载荷和相应的运行工况.其次,以维纳过程为基础,建立了考虑不同工况下退化率和跳变系数的状态退化函数.最后,利用工况激活粒子滤波(CAPF)方法预测轴承退化状态和RUL.采用NetCMAS系统采集的上海某港口起升减速箱轴承全寿命数据验证了所提出的预测框架.与其他3种预测模式比较表明,所提出的框架能够在变工况条件下获得更准确的退化状态和RUL预测.     

拧紧力矩对复合材料层合板与金属板连接强度影响

航空发动机结构复杂，状态变量多且相互之间存在着严重非线性特征，传统的基于物理失效模型的方法难以精确地预测发动机的剩余寿命（RUL）。针对此问题，采用改进的卷积神经网络(CNN)方法对发动机剩余寿命进行预测。预测过程通过建立退化模型，给每个训练样本添加RUL标签；为了更好地提取发动机使用过程中状态变量与剩余寿命之间的相关关系，使用不同的一维卷积核提取序列趋势信息特征；将特征输入构建的卷积神经网络得到剩余寿命的预测值。为了验证方法的有效性，在NASA提供的涡轮风扇发动机仿真数据集(C MAPSS)上进行了测试，并与深度信念网络等方法对比，结果表明改进的卷积神经网络拥有更高的精度。     

基于动态矩阵控制的自主移动机器人模型预测控制方法研究

自主移动机器人运动转向系统的精确控制是其实现直线运行、原地转向功能和完成自主巡航、自治搬运任务的重要基础。为实现对机器人运行转向系统的有效控制,通过分析自主移动机器人的运动转向系统的数学模型,构建出传递函数的表达形式,提出了一类基于动态矩阵控制(dynamic matrix control, DMC)的模型预测控制方法。此外,面向自主移动机器人的运动转向系统,利用Matlab平台开展了基于DMC的模型预测控制方法的仿真研究,仿真结果表明,在运动转向系统的控制过程中,基于DMC的预测控制方法同传统比例-积分-微分(proportion-integral-derivative,PID)控制器相比,在抑制超调、防止稳态误差等方面具有更强的控制性能;开展针对模型失配问题的仿真研究,进一步证明了该算法的鲁棒性和适应能力。同时,通过无障碍和有障碍两类情形下的机器人行走实验,验证了机器人运动系统的有效性。     

实时控制系统一种基于模型预测控制的反馈调度

提出一种基于模型预测控制(MPC)的反馈调度算法(FS-MPC),可以在有限计算资源的情况下改进实时控制系统的性能.将被控的实时调度过程模型化为受约束的任务集密度控制问题.在FS-MPC算法中,约束条件保证任务集在最早截止时限优先(EDF)算法下是可调度的;同时,MPC的优化目标通过减小控制任务的截止时限使整个任务集的密度尽可能接近100%,从而提高控制任务的优先级,降低输出抖动.仿真结果表明,在有限计算资源的情况下,FS-MPC显著地降低了由调度过程引起的控制性能损失.     

考虑随机退化和信息融合的剩余寿命预测方法

针对性能退化过程服从Wiener过程的产品,运用贝叶斯统计推断法,提出了一种融合产品现场实测性能退化数据与同类产品常规退化试验信息、历史寿命信息的个体剩余寿命预测方法.建立了基于Wiener过程的产品剩余寿命模型;考虑到个体之间的性能退化差异性,假定Wiener过程参数服从随机分布模型,建立了个体现场实测退化数据下分布参数的贝叶斯估计模型,给出了超参数后验估计公式;分别建立了退化数据和寿命数据下的完全似然函数,构建了基于最大期望算法的超参数先验估计模型;通过实例分析验证了所提方法的正确性和优势,结果表明本方法可有效处理个体现场实测退化信息与同类产品先验信息之间的剩余寿命预测问题.     

面向一类混合退化装备RUL预测的平行仿真技术

针对一类带离散冲击的混合退化装备剩余寿命预测问题,研究了面向混合退化装备剩余寿命预测的平行仿真技术.提出以混合Wiener状态空间模型为基础仿真模型,以泊松冲击到达为模型选择判据,在实时退化数据驱动下,实现仿真模型在线选择,利用强跟踪滤波和期望最大化算法进行仿真模型数据同化和未知参数在线估计,从而实现仿真模型演化,提高仿真模型逼真度.在此基础上,实现了基于平行仿真的剩余寿命实时预测.利用某轴承性能退化数据对平行仿真方法进行了实例验证,仿真结果表明平行仿真方法能有效仿真轴承的性能退化过程,剩余寿命预测的不确定性小、精度高.      

基于劣化数据的综合传动装置剩余寿命预测

研究不确定测量多维劣化监测数据下的综合传动装置剩余寿命预测.采用主元分析与状态空间模型融合得到装置劣化程度指标;根据随机过程首中时间的概念定义了装置的剩余寿命,利用Wiener过程建立了装置劣化过程模型,模型中考虑了装置劣化随机性与监测数据测量不确定性;采用极大似然估计方法估计了模型参数,并利用Kalman滤波技术实现了劣化模型的实时估计与更新,得到了装置的剩余寿命分布.研究结果表明,文中的方法能够客观描述装置性能劣化规律,优于不考虑测量不确定性的方法,能够提高剩余寿命预测的准确性,为装置的视情维护提供指导.      

基于局部敏感哈希 双层随机森林的燃气轮机剩余使用寿命预测

针对燃气轮机剩余使用寿命预测中监测数据信息利用不够充分、退化过程难以表示、预测精度低等问题,提出了一种基于局部敏感哈希-双层随机森林的燃气轮机剩余使用寿命预测方法.该方法首先使用主成分分析充分利用多维监测数据信息构建健康因子来表示退化过程,并通过滑动截取的方法在健康因子曲线上获取训练数据;然后,通过p-stable分布局部敏感哈希相似性搜索算法匹配和需要预测的样本最相似的样本;进而,使用双层随机森林对剩余使用寿命进行回归预测.利用C-MAPSS数据集验证了该方法的有效性和准确性,研究结果可为其他非线性退化系统剩余使用寿命预测提供一定的参考.     

采用GRU-MC混合算法的锂离子电池RUL预测

锂离子电池的剩余使用寿命预测是电池管理系统的重要组成部分.为解决锂离子电池剩余使用寿命预测不准确的问题,提出一种基于门控循环单元和马尔科夫链的锂离子电池剩余使用寿命预测方法.首先,对数据进行数据清洗和数据规范,选择构建特征矩阵;然后,搭建基于门控循环单元网络的预测模型,并运用马尔科夫链算法对预测模型的初步结果进行误差修...     

基于相关向量机的发动机剩余寿命预测

针对民航发动机寿命预测中监测参数较多筛选困难的问题,提出一种基于信息融合与相关向量机的发动机剩余寿命预测方法。首先通过核主元分析方法从发动机多维监测数据中提取退化特征信息;然后利用非线性模型将主元序列融合成反映发动机退化趋势的健康指数序列;最后采用相关向量机以历史失效数据为训练样本建立预测模型,对现有的发动机健康指数序列进行外推预测得到当前样本的寿命预测值。通过NASA Ames研究中心公开的涡轮风扇发动机仿真数据验证了该方法的有效性,其预测性能优于常用的支持向量机模型和过程神经网络模型。     

基于多阶段-随机维纳退化过程的产品剩余寿命预测方法

针对退化失效型产品的剩余寿命预测是开展其视情维修的关键前提。考虑到一些产品性能退化过程具有多阶段非单调的特点,提出基于多阶段-随机维纳退化过程的产品剩余寿命预测方法。针对产品退化过程的每一阶段,主要考虑以高应力加速退化试验数据为先验信息,不预先给予Wiener过程参数的假定分布,而利用加速因子将高应力下的参数估计值折算到正常应力下的参数值;再通过使用Anderson-Darling方法确定参数的最优分布,作为参数的先验分布;然后通过Bayes方法利用产品正常应力下实时退化数据对参数先验分布进行更新,得到参数后验分布,进而对产品的剩余寿命进行预测;最后以某型加速度计为实例验证了所提出的方法适用性和有效性。     

锂离子电池剩余寿命间接预测方法简

针对锂离子电池在线剩余寿命预测时容量难以直接测量以及预测表达的不确定性等问题,提出一种利用锂离子电池充放电监测参数构建剩余寿命预测健康因子的方法框架,实现了锂电池健康状态的表征,同时利用高斯过程回归（Gaussian process regression,GPR）方法给出剩余寿命预测的不确定性区间,从而构建了锂离子电池在线剩余寿命预测的方法体系。基于NASA锂离子电池数据集和卫星锂离子试验数据的剩余寿命预测验证和评估实验,表明本文提出的方法框架可以很好地支撑电池在线剩余寿命预测的应用,具备较好的电池剩余寿命预测精度和不确定性管理能力。     

基于ELM-SVR模型的装备关键部件寿命预测

摘 要 装备关键部件数量众多,其性能决定了武器系统的健康寿命。为解决单一模型预测精度不高的问题,提出了基于ELM-SVR模型的剩余寿命预测方法。使用ELM模型的隐层神经元激活函数将特征映射到高维空间,提高特征辨识度,对高维特征采用核函数SVR模型拟合,以软间隔函数代替均方误差函数为优化函数,有效提升了剩余寿命预测精度。依据多个装备关键部件的综合性能指标对其进行剩余寿命预测,实验结果表明：与ELM、SVR、KELM模型相比,平均预测精度分别提高了57.14%,44.44%,11.76%,可见ELM-SVR模型具有一定的泛化能力与鲁棒性,可显著提高剩余使用寿命预测精度。     

基于作战管理的有人-无人协同作战体系结构建模

航空发动机精确的剩余使用寿命预测是确保发动机安全服役必须开展的环节。针对复杂工况环境下涡扇发动机的剩余使用寿命预测问题,提出了一种基于极端梯度提升和卡尔曼滤波的寿命预测模型。首先,采用高斯分布对原始振动数据进行分析,提取具有时间序列和退化趋势的特征数据,并为其设置剩余使用寿命（RUL）标签;其次,利用随机搜索算法对融合参数范围进行寻优,在极端梯度提升(XGBoost)中加入卡尔曼滤波器解决预测值不平滑和噪声干扰的问题;最后在商用模块化航空推进系统仿真数据集（C-MAPSSC）上进行了验证和分析,实验结果证明：与其他模型相比,文中采用的寿命预测方法准确度更高。