描述:
利用传感器数据进行预测性维护是航空发动机故障预测与健康管理(prognostic and health management, PHM)的关键问题。针对发动机剩余寿命预测准确性低的问题,提出基于长短期记忆网络(long short-term memory network, LSTM)分类器的预测性维护模型。LSTM分类器通过门控单元对长时间序列信息进行充分筛选,并将有效信息用于时间序列预测。首先,采用滑动时间窗口制备训练样本。其次,将预处理后的样本输入LSTM,预测设备在特定时间窗口内的失效概率。然后,通过调整窗口大小,得到最优性能的二分类模型,以更好地适应预测维护需求。最后,利用美国航空航天局C-MAPSS数据集验证了该模型的有效性,相比于已有分类方法,其在剩余使用寿命分类方面更加准确。
描述:
对航空发动机进行实时状态监测与健康管理可以有效降低发动机故障风险,确保飞机飞行安全。准确预测航空发动机的剩余寿命是有效监测发动机运行状态的一种重要手段,其中长短期记忆(Long-Short Term Memory,LSTM)网络常被使用。但由于航空发动机复杂的机械结构与运行模式,使用传统的LSTM网络对航空发动机的剩余寿命进行单次预测后,所得预测结果的准确率不足以满足其寿命预测的精度要求。基于LSTM网络的广泛使用以及它对时间序列数据的有效预测能力,并考虑到采用多级预测的方法能够有效降低预测误差,提出了一种新型的可自动扩展的长短期记忆(AutomaticallyExpandableLSTM,AELSTM)预测模型。AELSTM模型依托多个子模块逐级连接的网络结构,不断地提取前一级模块的输出误差作为后一级模块的训练值,形成了误差的多级预测机制,有效降低了模型的预测误差,提升了预测结果的准确性。最后,基于美国国家航空航天局发布的C-MAPSS数据集的四个子集,对AELSTM模型的预测效果进行了测试。实验结果表明,与传统的LSTM网络相比,AELSTM模型在四个子集上的均方根误差平均减少了95.44%,同时它的预测效果也优于现有的一些先进算法。实验充分验证了AELSTM模型在提升航空发动机剩余寿命预测准确度方面的有效性与优势。