29 卷 3 期 第 第 2008 年 月 5
航 空 学 报 AC TA A ERONAU TICA ET ASTRONAU TICA SIN ICA
飞机环控系统 ( ECS) 故障诊断的主要目的 是提高飞机的可靠性和安全性 , 通过实时监控 和故障诊断 , 确保飞机座舱和设备在各种飞行 条件下具有良好的环境参数 , 以满足人员和设
备的正常生活和工作需要 。随着其复杂程度的 日益提高 ,运行中不可避免地会出现各种故障 。 目前的措施主要是针对已经发生故障的补救 , 没有实时性 , 但及时查明故障原因仍具有重要
收稿日期 :2007211220 ; 修订日期 :2008201227 基金项目 : 航空科学基金 (2006ZC51035) 通讯作者 : 庞丽萍 E2mail : pangliping @buaa. edu. cn
文章编号 :100026893 ( 2008) 0320548206
heat exchanger
基于双模型滤波算法的环控系统换热器故障诊断
庞丽萍1 , 曲洪权2 , 董素君1
( 11 北京航空航天大学 航空科学与工程学院 , 北京 100083) (21 北方工业大学 信息工程学院 , 北京 100041) and Ast ronantics , Beijing 100083 , China)
Fault Diagnosis Algorithm f or Heat Exchanger of
Pang Liping1 , Q u Ho ngquan2 , Do ng Sujun1
Aircraf t Environment Control System Based on Double Model Filter
( 11 School of Aero nautic Science and Engineering , Beijing U niversity of Aeronautics
摘 : 在建立飞机环控系统数学模型的基础上 ,提出采用双模型滤波方法进行参数估计 、 要 状态预测和故障 延迟一般较大 ; 采用单模型扩展 Kalman 滤波算法 ,虽然能够实现动态估计 ,但不能同时兼顾稳态过程和过渡
诊断 ,提高飞机环控系统故障诊断的快速性和准确性 。如果采用最小二乘算法 ,参数估计是静态的 ,故障诊断 过程 ( 突发故障) 的参数估计 ,导致误差较大 。为了解决上述难题 ,针对飞机环控系统换热器故障诊断 ,提出两 分别匹配不同的系统特征 ,能够改善飞机环控系统不同状态下的参数估计和状态预测性能 ,从而提高系统故 障诊断的精度和速度 。仿真结果证实了该算法的有效性 。 中图分类号 : TP391. 9 文献标识码 : A 关键词 : 飞机环控系统 ; 双模型滤波 ; 扩展 Kalman 滤波 ; 故障诊断 ; 换热器
模型滤波算法 。该算法由两个滤波器组成 ,分别用于跟踪系统的稳态和过渡过程 。由于采用了两滤波器模型
craft environment co nt rol system ( ECS) is developed to imp rove t he capability of fault diagno sis. The mini2 gle E KF does not exhibit good ability fo r eit her t he normal p rocess or t he fault p rocess. For t he aircraft ECS , a fault diagno sis algo rit hm based on DM F is p resented in t his paper to deal wit h no nlinear systems. Two filters agno sis are also imp roved. Simulation is done to demonst rate t he performance of t his fault diagno sis algorit hm. are used to t rack t he different p rocesses (no rmal or fault) in t he DMF. For t he ECS , two filters are used re2 tion and state p rediction fo r ECS can be imp roved by using t his met hod , and t he accuracy and speed of fault di2 Key words : aircraft environment co nt rol system ; double model filter ; extended Kalman filter ; fault diagno sis ; spectively to t race t he steady state and t he t ransient state of t he system. The performance of parameter estima2 mum mean2square values currently used in fault diagno sis can o nly get t he static estimate values ,and alt ho ugh t he extended Kalman filter ( E KF) can realize dynamic parameter estimation , yet for a nonlinear system , a sin2
Abstract : A fault diagno sis algorit hm based on t he do uble model filter (DMF) for a heat exchanger of t he air2
( 21 College of Info rmation Engineering , Nort h China University of Technology , Beijing 100041 , China)
意义 ,能对设备故障做出早期预报和快速诊断 , 避免或减少事故发生 。 现代故障诊断技术可分为基于数学模型 、 基
Vol1 29 No1 3 May 2008
于信号处理和基于知识的故障诊断方法 。前两种 故障诊断方法应用较多 。基于数学模型的故障诊 断方法 ,优点是能深入系统本质的动态性质 、 实现 实时诊断 ,缺点是当系统模型未知 、 不确定或具有 非线性时 ,这种方法不易实现 ; 基于信号处理的方 法回避抽取对象数学模型的难点 , 对于线性系统 和非线性系统都能适用 ,但只能故障确认 ,故障查 明功能较弱 [ 122 ] 。
飞行翻译公司 www.aviation.cn 本文链接地址：基于双模型滤波算法的环控系统换热器故障诊断.pdf
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飞机环控系统 ( ECS) 故障诊断的主要目的 是提高飞机的可靠性和安全性 , 通过实时监控 和故障诊断 , 确保飞机座舱和设备在各种飞行 条件下具有良好的环境参数 , 以满足人员和设
备的正常生活和工作需要 。随着其复杂程度的 日益提高 ,运行中不可避免地会出现各种故障 。 目前的措施主要是针对已经发生故障的补救 , 没有实时性 , 但及时查明故障原因仍具有重要
收稿日期 :2007211220 ; 修订日期 :2008201227 基金项目 : 航空科学基金 (2006ZC51035) 通讯作者 : 庞丽萍 E2mail : pangliping @buaa. edu. cn
文章编号 :100026893 ( 2008) 0320548206
heat exchanger
基于双模型滤波算法的环控系统换热器故障诊断
庞丽萍1 , 曲洪权2 , 董素君1
( 11 北京航空航天大学 航空科学与工程学院 , 北京 100083) (21 北方工业大学 信息工程学院 , 北京 100041) and Ast ronantics , Beijing 100083 , China)
Fault Diagnosis Algorithm f or Heat Exchanger of
Pang Liping1 , Q u Ho ngquan2 , Do ng Sujun1
Aircraf t Environment Control System Based on Double Model Filter
( 11 School of Aero nautic Science and Engineering , Beijing U niversity of Aeronautics
摘 : 在建立飞机环控系统数学模型的基础上 ,提出采用双模型滤波方法进行参数估计 、 要 状态预测和故障 延迟一般较大 ; 采用单模型扩展 Kalman 滤波算法 ,虽然能够实现动态估计 ,但不能同时兼顾稳态过程和过渡
诊断 ,提高飞机环控系统故障诊断的快速性和准确性 。如果采用最小二乘算法 ,参数估计是静态的 ,故障诊断 过程 ( 突发故障) 的参数估计 ,导致误差较大 。为了解决上述难题 ,针对飞机环控系统换热器故障诊断 ,提出两 分别匹配不同的系统特征 ,能够改善飞机环控系统不同状态下的参数估计和状态预测性能 ,从而提高系统故 障诊断的精度和速度 。仿真结果证实了该算法的有效性 。 中图分类号 : TP391. 9 文献标识码 : A 关键词 : 飞机环控系统 ; 双模型滤波 ; 扩展 Kalman 滤波 ; 故障诊断 ; 换热器
模型滤波算法 。该算法由两个滤波器组成 ,分别用于跟踪系统的稳态和过渡过程 。由于采用了两滤波器模型
craft environment co nt rol system ( ECS) is developed to imp rove t he capability of fault diagno sis. The mini2 gle E KF does not exhibit good ability fo r eit her t he normal p rocess or t he fault p rocess. For t he aircraft ECS , a fault diagno sis algo rit hm based on DM F is p resented in t his paper to deal wit h no nlinear systems. Two filters agno sis are also imp roved. Simulation is done to demonst rate t he performance of t his fault diagno sis algorit hm. are used to t rack t he different p rocesses (no rmal or fault) in t he DMF. For t he ECS , two filters are used re2 tion and state p rediction fo r ECS can be imp roved by using t his met hod , and t he accuracy and speed of fault di2 Key words : aircraft environment co nt rol system ; double model filter ; extended Kalman filter ; fault diagno sis ; spectively to t race t he steady state and t he t ransient state of t he system. The performance of parameter estima2 mum mean2square values currently used in fault diagno sis can o nly get t he static estimate values ,and alt ho ugh t he extended Kalman filter ( E KF) can realize dynamic parameter estimation , yet for a nonlinear system , a sin2
Abstract : A fault diagno sis algorit hm based on t he do uble model filter (DMF) for a heat exchanger of t he air2
( 21 College of Info rmation Engineering , Nort h China University of Technology , Beijing 100041 , China)
意义 ,能对设备故障做出早期预报和快速诊断 , 避免或减少事故发生 。 现代故障诊断技术可分为基于数学模型 、 基
Vol1 29 No1 3 May 2008
于信号处理和基于知识的故障诊断方法 。前两种 故障诊断方法应用较多 。基于数学模型的故障诊 断方法 ,优点是能深入系统本质的动态性质 、 实现 实时诊断 ,缺点是当系统模型未知 、 不确定或具有 非线性时 ,这种方法不易实现 ; 基于信号处理的方 法回避抽取对象数学模型的难点 , 对于线性系统 和非线性系统都能适用 ,但只能故障确认 ,故障查 明功能较弱 [ 122 ] 。
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