[发明专利]一种柔壁喷管的在线监测方法

说明书

本发明公开了一种柔壁喷管的在线监测方法，通过一定数量的三向振动传感器获取能反映柔壁喷管退化的振动数据，然后通过三模自编码器提取振动数据的特征，再基于标准化的特征和超球体思想，对柔壁喷管的退化进行评估，最后给出了基于上述监测结果的柔壁喷管维护策略；通过多模自编码器和结合超球体思想解决了不能在线监测柔壁喷管的退化的问题，又减轻了维护人员离线检测的工作量，同时还能够提供基于监测结果的柔壁喷管维护策略，对柔壁喷管进行预防性维护，提醒或警告维护人员对柔壁喷管进行维护，以避免试验风险或事故。

技术领域

本发明涉及机械设备故障监测技术领域，具体涉及一种柔壁喷管的在线监测方法。

背景技术

柔壁喷管是高速风洞调节气流马赫数参数的重要部段，主要由沿风洞中轴线对称布局的上柔板和下柔板组成，在柔板的背气流面上布置若干铰链支撑点并与执行机构相连，通过控制执行机构的行程来控制柔板的弯曲形状使之与喷管理论气动型面相吻合，以得到不同试验马赫数的喷管型面。在长期的风洞试验中，频繁的往复运动和气动载荷带来的振动都会加速柔板的疲劳，甚至存在断裂的风险，需对柔板的疲劳程度进行有效的在线监测，以保证试验安全。

发明内容

因此，为了对柔壁喷管的退化程度进行有效的在线监测，防止柔壁喷管断裂引起严重安全事故，本发明提出了一种基于多模自编码器和超球体思想的柔壁喷管在线监测方法，该方法具体包括如下步骤：

步骤一、布置传感器，

在每个电动推杆对应的柔壁喷管位置放置一个三向振动传感器；

步骤二、收集数据，

根据每个马赫数的柔壁喷管型面对应于一组推杆长度，多次收集不同组推杆长度下每个三向振动传感器的振动数据；其中分别为第i组推杆长度下第j时刻时第k个传感器在x、y和z方向的振动向量，当j=0时，为柔壁喷管未退化时不同组推杆长度下每个三向振动传感器的振动向量；

步骤三、提取数据特征，

根据步骤二的振动数据D提取x,y,z三个方向的数据特征；本步骤能够克服传统方法是从一维获得振动数据特征的缺陷，而该步骤能够从三个方向获得更多的数据特征。

优选的，提取数据特征的方法包括如下步骤：

S3-1、构建三模自编码器，由三个自动编码器并联构成；

S3-2、通过三模自编码器分别提取三向振动传感器在x、y和z方向的数据特征；

S3-3、对三模自编码器进行训练，通过对步骤S3-2的数据特征和振动数据D进行交叉验证的方法对三模自编码器进行训练，从而确定三模自编码器中隐藏层神经元个数（分别为 ）及相关参数，其中，每个自编码器的输出层神经元个数与输入层保持一致，通常隐藏层的神经元个数少于输入层神经元个数，这将强迫三模自动编码器学习到原始数据的特征表示；这一步是对自编码器的训练，以确定每个编码器的神经元个数（分别为 ）及相关参数。

步骤四、特征标准化，

通过公式对x、y和z方向的数据特征进行标准化，然后将三个方向的数据特征合并，并获得第i组推杆长度下第j时刻时第k个传感器的特征向量，

当j=0时，为柔壁喷管未退化时在x、y和z方向的特征向量；