第
32
卷第
20
期
振动与冲击
JOURNAL
OF
VIBRATION
AND
SHOCK
Vo
l.
32
No.20
2013
基于
FSVM
改良隶属度的发动机振动故障识别
白斌白广忱林学柱
2
(1.北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京
100191
;
2.
秦皇岛玻璃工业研究设计院,秦皇岛
066001
)
摘
要:为了更好的对航空发动机整机振动进行故障诊断和识别,提出了改良的
FSVM
隶属度和多类隶属度与信
息'脑的融合定量分析方法,并且和传统的
FSVM
隶属度分析方法进行比较。对传统的
FSVM
的模糊隶属度函数改良后建
立了多类模糊隶属度计算模型。通过实验实例验证了该多类模糊隶属度与信息情相结合的技术对于航空发动机整机振
动状态评估和故障诊断识别非常有效,计算出振动故障模式与故障原因之间的权值,建立了一个多参数的发动机振动状
态分析模型;并对各类振动原因对发动机整体状态的影响进行定量分析,为发动机的振动抑制提供量化参考指标。
关键词:模糊支持向量机;信息情;多类模糊隶属度;模糊隶属度;故障诊断识别
中图分类号
V23
1.
92
;TH165
+ . 3
文献标识码
A
Improved
FSVM
and
multi-class
fuzzy
membership
method
for
aeroengine
vibration
fault
identification
BAI Bin 1 , BAI
Gu
α
ng-chen
1
, LIN Xue-zhu
2
(1.
School
of
Jet
Propulsion
,
Beijing
University
of
Aeronautics
and
Astronautics ,
Beijing
100191
, China;
2.
Qinhuangdao
Glass
Industry
Research
and
Design
Institute ,
Qinhuangdao
066001
, China)
Abstract:
In order to diagnose
and
identify effectively faults for an aeroengine's whole-body vibration , the improved
fuzzy support vector machine
(FSVM)
and
multi-class fuzzy membership method combined with the information entropy
technique
was proposed here.
It
was compared with the traditional FSVM membership analysis method. The calculation
model of multi-class fuzzy membership was established
based
on
improving the traditional FSVM fuzzy membership
function. Tests
and
examples for aircraft engines' overall vibration perfonnance ,
and
fault diagnosis
and
identification
verified that the technology of multi-class fuzzy membership combined with information entropy is
veηeffective.
The
weighted values between fault modes
and
fault
causes
were determined
and
the multi-parameter vibration performance
analysis model was developed
, the effects of various vibration
causes
on the overall state of an aeroengine were analyzed
quantitatively
,
and
a quantitative reference index was provided for aeroengine vibration suppressing.
Key
words:
fuzzy support vector machine
(FSVM);
information entropy; multi-class fuzzy
membership;
fuzzy
membership;
fault diagnosis
and
identification
航空发动机是飞机的心脏,是在高温、高压、高转
速和严酷载荷工况下工作的复杂机械装备,其工作状
态的好坏直接影响飞机飞行的安全,是预防重大事故所
考虑的重要因素之一。随着科学技术的发展,航空发动
机的推力、转速、动强度等日益提高,导致发动机零部件
的振动载荷不断增加,振动引起的故障越来越多;另外,
发动机的结构日趋复杂和主质量不断减轻,其安全性、可
靠性要求日趋升高
[1
-3J
。因此,准确掌握发动机的振动
状态和振动特征,进而监控发动机振动的可靠情况,有利
基金项目:国家自然科学基金
(51175017
,
51275024)
;国家自然科学基金
面|二项目
(51375032)
收硝日
!ÞJ:
2012-09-07
修改稿收到
f]JPJ:2012
-11 -15
百士
作者
1'1
)j此
!)J
, I,
tt
~l:
,
1984
1'1
二牛牛
于提高发动机安全性、可靠性以及延长发动机使用寿命;
同时也对增强飞机适航性、降低飞机的维修费用和减少
飞机飞行事故等方面具有重要意义。
航空发动机整机振动故障产生原因很多,信号特
征也非常复杂。整机振动故障的任一征兆可能由一个
或多个故障原因引起,而同一个故障原因又可能引起
多种故障模式,这就构成了故障征兆与故障原因之间
难以确定的复杂的隶属关系
[4
-5J
因此,如何及时\准
确地分析故障原因对故障模式的影响程度是目前航空
发动机故障诊断和状态评估方面亟待解决的主要问题
之一。以往的做法主要是靠定性分析来处理,这样往
往带有很大的主观性和盲目性。然而,信息摘是近几
年发展起来的定量诊断方法,它的计算过程简单,且客
观性强,避免了人为因素的干扰和偏差川。但是,信息