Математическая модель для обучающихся систем ранней диагностики редуктора электромеханического привода

Аннотация

В настоящее время активно ведутся работы по созданию "электрического" самолета, в системе управления которого предполагается применение электромеханических рулевых приводов вместо гидравлических. Для улучшения показателей безопасности полета при использовании электромеханических рулевых приводов необходимо разработать систему, обеспечивающую раннюю диагностику их технического состояния. Современные методы интеллектуального анализа больших объемов данных позволяют диагностировать и прогнозировать остаточный ресурс в зависимости от фактических условий эксплуатации и признаков деградации. Создание алгоритмов, основанных на методах интеллектуального анализа, требует формализации задачи диагностики и наличия массивов данных о функционировании привода в различных состояниях. Разработана математическая модель, подтвержденная экспериментальными данными и описывающая типовую структуру и рабочие процессы, протекающие в приводе при развитии деградации, связанной с изменением трения и люфта. Определены прямые и скрытые признаки деградации, по результатам анализа динамических характеристик установлена их значимость для классификации по измеряемым диагностическим сигналам. Путем установления границ признаков деградации определены агрегированные технические состояния привода, что позволило создать систему классификации состояния редуктора. Проведено масштабное моделирование при варьировании значимых признаков деградации и параметров внешней среды, результаты моделирования использованы для формирования выборок, содержащих ценную информацию о развитии неисправностей, и разработки алгоритмов, обеспечивающих эффективное решение задач классификации и прогнозирования технического состояния привода

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке РНФ(проект № 23-19-00464)

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Скрябин А.В. Математическая модель для обучающихся систем ранней диагностики редуктора электромеханического привода. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2025, № 3 (154), c. 71--92. EDN: QHNESI

Литература

[1] Quatrini E., Costantino F., Di Gravio G., et al. Condition-based maintenance. Machines, 2020, vol. 8, no. 2, art. 31. DOI: https://doi.org/10.3390/machines8020031

[2] Евдокименков В.Н., Ким Р.В., Галенков А.А. Программный комплекс управления техническим состоянием воздушных судов. СТИН, 2020, № 2, c. 20--24. EDN: BRNDBB

[3] Скрябин А.В. Системы контроля технического состояния и прогнозирования неисправностей электромеханических рулевых приводов летательного аппарата. Современный уровень развития. Полет, 2018, № 2, c. 50--64. EDN: XYMOMH

[4] Annaz F., Kaluarachchi M.M. Progress in redundant electromechanical actuators for aerospace applications. Aerospace, 2023, vol. 10, no. 9, art. 787. DOI: https://doi.org/10.3390/aerospace10090787

[5] Dreyer N., Immler T., Weber G. Preparing electric actuation technology for upcoming applications. Proc. Int. Conf. on More Electric Aircraft MEA’24, 2024. URL: https://openscience.isae-supaero.fr/Default/digital-viewer/c-16020 (дата обращения: 15.05.2025).

[6] Mare J.-C. Aerospace actuators 2. New York, John Wiley & Sons, 2017.

[7] Биард Р.У., Маклэйн Т.У. Малые беспилотные летательные аппараты: теория и практика. М., Техносфера, 2015.

[8] Kowalski R., Moller F., Gallun P., et al. Test facility for electro-mechanical actuation systems. Proc. 7th Int. Workshop on Aircraft Systems Technologies, 2019, pp. 133--142.

[9] Saucedo-Dorantes J.J., Osornio-Rios R.A., Romero-Troncoso R.J., et al. Novel condition monitoring approach based on hybrid feature extraction and neural network for assessing multiple faults in electromechanical systems. IEEE 12th SDEMPED, 2019, pp. 466--473. DOI: https://doi.org/10.1109/DEMPED.2019.8864835

[10] Veresnikov G., Bazhenov S., Skryabin A. The development of algorithms for EMA fault early detection system. Proc. 32nd Congress of the Int. Council of the Aeronautical Sciences, 2021. URL: https://icas.org/icas_archive/ICAS2020/data/papers/ICAS2020_0239_paper.pdf (дата обращения: 15.05.2025).

[11] Pham T.-H., Bierig A. First step towards a robust vibration-based condition monitoring algorithm for electro-mechanical flight control actuators. Proc. 7th Int. Conf. on Recent Advances in Aerospace Actuation Systems and Components, 2016, pp. 33--40.

[12] Bosch C., Hajek M., Ismail M.A.A. Preliminary safety assessment for electro-mechanical actuation architectures for unmanned aerial vehicles. 5th SysTol, 2021, pp. 133--138. DOI: https://doi.org/10.1109/SysTol52990.2021.9595342

[13] Freeman P., Balas G.J. Actuation failure modes and effects analysis for a small UAV. American Control Conf., 2014, pp. 1292--1297. DOI: https://doi.org/10.1109/ACC.2014.6859482

[14] Ismail M.A.A., Balaban E., Windelbeg J. Spall fault quantification method for flight control electromechanical actuator. Actuators, 2022, vol. 11, no. 2, art. 29. DOI: https://doi.org/10.3390/act11020029

[15] Mazzoleni M., Di Rito G., Previdi F. Electro-mechanical actuators for the more electric aircraft. Andvances in Industrial Control. Cham, Springer, 2021.

[16] Стеблинкин А.И., Билялетдинова Л.Р. Математическое моделирование электромеханического рулевого привода с шариковинтовой передачей с учетом нелинейностей типа "сухое трение" и "люфт". Вестник МАИ, 2017, т. 24, № 3, c. 95--108. EDN: YTNZAN

[17] Jian F., Mare J.-C., Yongling F. Modelling and simulation of flight control electromechanical actuators with special focus on model architecting, multidisciplinary effects and power flows. Chin. J. Aeronaut., 2017, vol. 30, no. 1, pp. 47--65. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cja.2016.07.006

[18] Mare J.-C. Friction modelling and simulation at system level: a practical view for the designer. Proc. Inst. Mech. Eng. I, 2012, vol. 226, no. 6, pp. 728--741. DOI: https://doi.org/10.1177/0959651812441749

[19] Серебренный В.В., Бошляков А.А., Огородник А.И. Математическая модель исполнительных модулей захватных устройств роботов. Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 2019, № 6, с. 123--135. DOI: https://doi.org/10.34031/article_5d079791aeaae3.67485144

[20] Erofeev E., Khaletskiy L., Skryabin A., et al. Methodologies and test-rig configurations for the experimental improvement of flight control actuation systems. Conf. on Recent Advances in Aerospace Actuation Systems and Components, 2018, pp. 109--116. EDN: EXABUN

[21] Константинов С.В., ред. Системы электрогидравлических рулевых приводов комплексов управления полетом самолетов. СПб., СПбГЭТУ ЛЭТИ, 2019.

[22] Алешин Б.С., Баженов С.Г., Диденко Ю.И. и др. Системы дистанционного управления магистральных самолетов. М., Наука, 2013.