●叢書序
前言
第一部分航空發動機控制與故障診斷技術
第1章航空發動機控制繫統故障診斷發展與需求
1.1引言003
1.2航空發動機控制繫統的發展003
1.2.1國外航空發動機控制繫統的發展003
1.2.2國內航空發動機控制繫統的發展008
1.3航空發動機控制繫統故障診斷技術綜述009
1.3.1故障診斷技術的研究狀況009
1.3.2航空發動機控制繫統故障診斷技術的研究狀況012
1.4航空發動機控制繫統故障診斷面臨的要求和挑戰016
1.5本書概要017
參考文獻019
第2章航空發動機控制繫統
2.1引言023
2.2航空發動機控制繫統概述023
2.3航空發動機控制繫統的控制原則027
2.3.1航空發動機控制繫統狀態控制規律027
2.3.2航空發動機過渡控制規律030
2.3.3發動機控制繫統的控制過程分析031
2.4航空發動機控制繫統的基本類型034
2.4.1機械液壓控制繫統034
2.4.2全權限數字電子式控制繫統036
2.5全權限數字式電子控制繫統的原理與結構038
2.5.1全權限數字式電子控制繫統的組成038
2.5.2全權限數字式電子控制繫統的功能要求040
2.5.3全權限數字式電子控制繫統的總體結構040
2.5.4全權限數字式電子控制繫統的工作原理043
2.6航空發動機控制繫統故障診斷的目的與要求044
參考文獻045
第二部分故障特性分析與機理建模
第3章航空發動機控制繫統故障診斷基本概念與故障模型
3.1引言049
3.2航空發動機控制繫統故障的定義與分類049
3.3故障診斷的基本概念和過程058
3.3.1故障診斷的定義058
3.3.2故障診斷的任務與過程058
3.3.3故障診斷的方法分類059
3.3.4故障診斷技術的性能指標063
3.4機內自檢測設計065
3.4.1上電機內自檢測067
3.4.2飛行前機內自檢測068
3.4.3飛行中機內自檢測072
3.4.4維護機內自檢測075
3.5控制繫統的故障模型分析075
3.5.1控制繫統的故障模型075
3.5.2故障可檢測性分析078
3.5.3故障可隔離性分析081
3.5.4算例分析083
參考文獻090
第4章航空發動機組態化建模
4.1引言092
4.2航空發動機組態化穩態模型092
4.2.1組態化建模原理093
4.2.2核心機通用模塊095
4.2.3進、排氣繫統模塊103
4.2.4穩態仿真原理111
4.2.5仿真算例115
4.3航空發動機組態化動態模型118
4.3.1發動機動力學分析118
4.3.2動態共同工作方程119
4.3.3動態仿真模型搭建120
4.3.4動態求解器121
4.3.5動態計算流程121
4.3.6算例分析122
4.4發動機模型線性化方法研究123
4.4.1模型線性化原理123
4.4.2發動機解析線性化方法124
4.4.3線性化算法127
4.4.4線性模型的歸一化處理131
4.4.5算例分析133
參考文獻140
第5章航空發動機全壽命大包線數學模型
5.1引言141
5.2航空發動機自適應模型建立142
5.2.1發動機性能健康退化參數142
5.2.2基於IHKF的發動機機載自適應模型142
5.2.3機載自適應模型的求解145
5.2.4算例分析147
5.3航空發動機LPV模型建立150
5.3.1雅可比線性化方法151
5.3.2多項式依賴模型153
5.3.3仿射參數依賴模型154
5.3.4多胞形155
5.3.5發動機多胞LPV建模及算例分析156
5.4模型不確定性分析160
5.4.1模型不確定性的成因160
5.4.2模型不確定性的數學描述161
5.4.3模型不確定性轉化為未知輸入163
5.4.4干擾分布矩陣的確定165
5.4.5模型不確定性對故障診斷的影響分析與解決辦法167
參考文獻172
第三部分基於模型的控制繫統故障診斷
第6章基於卡爾曼濾波器的航空發動機控制繫統故障診斷
6.1引言175
6.2基於模型的故障診斷概述176
6.2.1基於模型故障診斷的基本原理176
6.2.2基於模型故障診斷的魯棒性問題178
6.2.3基於模型故障診斷的故障重構179
6.3發動機離散模型的卡爾曼濾波器原理180
6.3.1離散卡爾曼濾波器原理180
6.3.2發動機離散模型的卡爾曼濾波器182
6.4基於故障匹配卡爾曼濾波器的故障診斷方法183
6.4.1故障匹配卡爾曼濾波器組設計183
6.4.2殘差平方加權和法處理故障信息186
6.4.3多重故障的診斷邏輯原理187
6.4.4仿真驗證187
6.5基於卡爾曼濾波器的機載自適應模型的故障診斷190
6.5.1發動機部件性能退化對故障診斷的影響190
6.5.2基於機載自適應模型的故障診斷192
6.5.3結構機理與公式推導193
6.5.4仿真驗證195
6.6面向航空發動機的自適應*優閾值設計197
6.6.1參數攝動“軟邊界”的航空發動機線性概率模型197
6.6.2基於滿意濾波的自適應閾值設計198
6.6.3基於LMI的問題求解202
6.6.4算例分析202
參考文獻204
第7章基於滑模觀測器的航空發動機控制繫統故障診斷
7.1引言206
7.2執行機構故障特性估計206
7.2.1數學描述206
7.2.2滑模觀測器和H 設計208
7.2.3執行機構故障特性估計方法211
7.2.4仿真驗證212
7.3傳感器故障特性估計214
7.3.1數學描述214
7.3.2滑模觀測器和H 設計216
7.3.3傳感器故障特性估計方法217
7.3.4仿真驗證217
7.4基於滑模觀測器的故障檢測與隔離220
7.4.1控制函數選取220
7.4.2多重故障檢測與隔離221
7.4.3仿真算例225
7.5基於等效輸出注入的故障特性估計234
7.5.1問題描述234
7.5.2觀測器設計235
7.5.3故障特性估計239
7.5.4仿真算例240
參考文獻243
第四部分基於數據驅動的控制繫統故障診斷
第8章基於雲/霧智能計算的航空發動機控制繫統故障診斷方法
8.1引言247
8.2基於雲/霧混合模式的航空發動機監控與計算平臺247
8.2.1雲/霧混合計算模型247
8.2.2多模態信息感知與信息安全通信方案250
8.2.3繫統資源需求預測及調度優化方案251
8.3面向航空發動機的智能故障診斷方案253
8.3.1基於物理模型的故障診斷方案253
8.3.2基於數據驅動的故障診斷方法255
8.3.3基於混合的故障診斷方案272
8.4基於混合機器學習模型的故障預測與健康管理方案273
8.4.1剩餘使用壽命預測的基本概念273
8.4.2健康指數計算方案274
8.4.3基於混合機器學習模型的剩餘使用壽命預測方案275
8.4.4預測結果性能評估指標278
8.5算例分析279
8.5.1數據描述279
8.5.2預測結果及對比分析279
參考文獻284
第9章基於子空間辨識輔助的航空發動機控制繫統故障診斷方法
9.1引言287
9.2子空間辨識方法287
9.2.1預備知識288
9.2.2確定繫統子空間辨識295
9.2.3典型子空間辨識算法298
9.3基於等價空間辨識的故障診斷方法301
9.3.1基於繫統等價空間的殘差生成器301
9.3.2數據驅動的等價空間辨識方法303
9.3.3基於等價空間辨識的故障診斷繫統設計方法307
9.4基於Markov參數辨識的故障診斷方法312
9.4.1Markov參數及其性質312
9.4.2Markov參數的辨識方法314
9.4.3基於Markov參數的故障診斷繫統設計方法316
9.5航空發動機控制繫統故障診斷設計與仿真321
9.5.1基於等價空間辨識的航空發動機故障診斷繫統322
9.5.2基於Markov參數辨識的航空發動機故障診斷繫統327
參考文獻332
第10章基於人工智能的航空發動機控制繫統傳感器故障診斷
10.1引言334
10.2基於人工智能的傳感器故障診斷概述334
10.3自聯想型神經網絡與診斷對像335
10.3.1神經網絡與故障診斷335
10.3.2自聯想型網絡的結構和算法336
10.3.3發動機故障診斷參數的選擇339
10.4基於自聯想型神經網絡的數據校驗341
10.4.1數據校驗的必要性341
10.4.2診斷網絡構建原理341
10.4.3故障診斷自聯想型神經網絡的設計與訓練342
10.4.4故障診斷神經網絡性能仿真344
10.5基於自聯想型神經網絡的傳感器故障診斷與仿真351
10.5.1AANN傳感器故障診斷原理351
10.5.2傳感器故障診斷仿真352
10.6基於免疫融合卡爾曼濾波器的發動機控制繫統傳感器故障診斷358
10.6.1人工免疫繫統358
10.6.2基於卡爾曼濾波器族的控制繫統故障診斷繫統360
10.6.3抗體庫的初始化及訓練361
10.6.4基於免疫融合卡爾曼濾波器的故障診斷原理364
10.6.5基於人工免疫卡爾曼濾波的故障診斷仿真367
參考文獻375
常用符號表377

本書繫統闡述了航空發動機控制繫統故障診斷的基本概念、核心機理和主要方法。本書依照研究的關鍵問題，分為四個部分共10章：第1章航空發動機控制繫統故障診斷發展與需求；第2章航空發動機控制繫統；第3章航空發動機控制繫統故障診斷基本概念與故障模型；第4章航空發動機組態化建模；第5章航空發動機全壽命大包線數學模型；第6章基於卡爾曼濾波器的航空發動機控制繫統故障診斷；第7章基於滑模觀測器的航空發動機控制繫統故障診斷；第8章基於雲／霧智能計算的航空發動機控制繫統故障診斷方法；第9章基於子空間辨識輔助的航空發動機控制繫統故障診斷方法；第10章基於人工智能的航空發動機控制繫統傳感器故障診斷。 本書適合從事航空、航天等領域發動機控制繫統故障診斷的廣大科研人員閱讀，也可作為相關專業研究生的教學、科研用書，同時也適用於對故障診斷感興趣的讀者參考。