管路信号处理与状态识别方法的研究与应用

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管路系统作为航空发动机的能源传输系统,它的安全状态对于整个飞行器的安全可靠性起着不言而喻的作用。针对管路的状态监测和状态信号的实时处理分析,是发动机运行状态检测中重要的一环。因此,高效的分析方法和实时状态监控系统的实现是快速掌握管路工作状态的重要基础。目前,国内针对发动机管路状态实时监测系统的研究还处在发展阶段,所以基础理论的分析研究和高性能系统的设计与开发是实现发动机实时监测的必要前提。本论文以发动机管路为研究对象,通过分布式FBG光纤光栅传感器采集管路状态信号,以理论分析和比较试验验证实时通信的可行性和状态信号的可靠性。并比较分析了小波变换(WT)、经验模式分解(EMD)和本征尺度分解(ITD)三种信号成分分解方法的性能与运行效率。通过自定义的分解效果因子,证明了EMD能有效的提取了状态特征参量,为状态监测提供了有力的理论支撑。在实时监测系统设计中,利用多线程编程技术,设计实现了高速率传输通信、高效率信号处理分析和高实时性的监控系统,为掌握发动机管路工作状态提供技术支持。本文主要工作如下:(1)通过仿真信号和实际采集信号,比较分析了小波、EMD和ITD时频分析算法的分解效果,引入衡量因子量化三种算法的优劣性;并通过分析对比三种算法的处理时间和方差,得到三种算法的实时性能比较。(2)根据(1)中分析结果,针对管路分布式温度信号,采用EMD分解方法提取低频分量得到其随环境温度变化趋势;针对分布式应变信号,采用三种算法分别分析管路故障信号,并再次证明了衡量因子的有效性。同时以分解成分的相对能量比和峭度值作为状态特征参量,通过BP神经网络实现了管路状态的有效识别,为监测系统提供了坚实基础。(3)管路实时监测系统采用了C/S设计模式,实现多客户端联机时的并发处理;系统模块间采用了流水线协同工作方式,利用生产者-消费者模型解决了数据同步的问题;采用缓存技术,提高系统性能。系统测试结果表明,在多客户端连接、高速率数据传输情况下,能够实时处理信号、存储数据、快速响应交互界面。另外通过系统离线信号分析,能够更好的预测今后状态。
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