CN111720218B - 涡轮发动机的信号响应监测 - Google Patents

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Abstract

提供了一种包括信号监测特征的涡轮机控制***。特别地，控制***主动隔离或丢弃无响应的感测信号，以防止将其用于控制涡轮机。控制***可以检测和丢弃无响应的信号，并且可以利用更健康的信号或替代地利用预期传感器响应的模型以避免不期望的事件，例如推力控制事件的损失。在一个示例方面，控制***包括接收感测到的信号的一个或多个计算装置。确定感测到的信号的方差，然后将其与信号的预期方差进行比较。可以通过一个或多个计算装置的传感器模型输出预期方差。确定方差比，并将输出与预限定阈值进行比较。如果方差阈值的输出超过预限定阈值，则信号被分类为无响应的。

Description

涡轮发动机的信号响应监测
技术领域
本公开的主题大体涉及用于燃气涡轮发动机的控制***，并且更具体地涉及可操作以主动地检测和隔离无响应的感测信号的控制***。
背景技术
燃气涡轮发动机可包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器可操作以在操作期间感测各种操作状况或沿着燃气涡轮发动机的各个级或站的状况。例如，燃气涡轮发动机可包括沿其核心气体路径定位的一个或多个温度或压力传感器。燃气涡轮发动机的一个或多个计算装置可以从传感器接收感测到的信号，并且基于这样的信号，一个或多个计算装置可以控制燃气涡轮发动机以实现期望的性能，燃料效率，推力等。
在某些情况下，在操作期间，感测到的信号可能在其有效电气或功能范围内变得“无响应”。即，一个或多个信号可能在稳定的有效值处无响应，或者信号的方差可能会表现出小于预期的幅度。这种无响应信号不能代表实际的循环气体路径状况。无响应可能是由感测***硬件故障或抑制感测***正常运行的外部因素引起的。当这些无响应信号未被检测到时，使用这些信号控制发动机可能会导致意想不到的后果，例如失去推力控制或发动机停机。
常规上，为了隔离范围内的故障信号，燃气涡轮发动机的控制***已经确定了感测到的信号与预期信号(例如，由传感器模型输出)之间的绝对差。然后将确定的绝对差与预限定阈值进行比较。如果绝对差超过预限定阈值，则选择预期信号用于控制燃气涡轮发动机。另一方面，如果绝对差未超过预限定阈值，则选择感测到的信号用于控制燃气涡轮发动机。尽管这种常规控制方案能够检测在其有效范围内的故障信号，但是这种常规控制方案无法检测在其有效范围内的无响应信号。如果这样的无响应信号被用于控制燃气涡轮发动机的燃料控制，可变几何形状控制和/或引气阀控制方面，则除其他问题外，可能发生推力控制事件的损失。
因此，具有解决上述挑战中的一个或多个的控制***的涡轮发动机将是有用的。此外，解决上述挑战中的一个或多个的控制发动机的方法将是有益的。
发明内容
本发明的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践本发明来学习。
在一方面，提供了一种用于检测传感器的传感器状态的控制***。该控制***包括传感器和一个或多个计算装置，该一个或多个计算装置与传感器通信地联接，并具有一个或多个存储器装置和一个或多个处理装置，一个或多个存储器装置存储可由一个或多个处理装置执行以施行操作的计算机可读指令，在施行操作时，一个或多个处理装置被构造为：从传感器接收指示感测到的参数的信号；至少部分地基于所接收的信号来确定信号的方差；通过将所确定的信号的方差与信号的预期方差进行比较来确定传感器的传感器状态；响应于所确定的传感器状态来生成控制动作。
在另一方面，提供了一种用于涡轮发动机的控制***。该控制***包括一个或多个计算装置，该一个或多个计算装置具有一个或多个存储器装置和一个或多个处理装置，一个或多个存储器装置存储可由一个或多个处理装置执行以施行操作的计算机可读指令，在施行操作时，一个或多个处理装置被构造为：接收指示涡轮发动机的操作状况(condition)的信号；至少部分地基于所接收的信号来确定信号的方差；通过将所确定的信号的方差与信号的预期方差进行比较来确定信号是否是无响应的；响应于信号是否是无响应的而生成控制动作，该控制动作与控制涡轮发动机相关联。
在进一步方面中，提供了一种检测传感器的传感器状态的方法。该方法包括：通过一个或多个计算装置从传感器接收指示感测到的参数的信号；至少部分地基于所接收的信号，通过一个或多个计算装置来确定信号的方差；通过将所确定的信号的方差与信号的预期方差进行比较，通过一个或多个计算装置来确定传感器的传感器状态；响应于所确定的传感器的传感器状态，通过一个或多个计算装置来生成控制动作。
在另一方面，提供了一种用于控制涡轮发动机的方法。该方法包括通过一个或多个计算装置接收指示涡轮发动机的操作状况的信号。此外，该方法包括至少部分地基于所接收的信号，通过一个或多个计算装置来确定信号的方差。该方法还包括通过将所确定的信号的方差与信号的预期方差进行比较，通过一个或多个计算装置来确定信号是否是无响应的。此外，该方法包括响应于信号是否是无响应的，通过一个或多个计算装置来生成控制动作，该控制动作与控制涡轮发动机相关联。
在另一方面，提供了一种用于控制涡轮机的方法。该方法包括通过一个或多个计算装置接收信号。此外，该方法包括至少部分地基于所接收的信号，通过一个或多个计算装置来确定信号的方差。另外，该方法包括通过将所确定的信号的方差与信号的预期方差进行比较，通过一个或多个计算装置来确定信号是否是无响应的。该方法还包括通过一个或多个计算装置生成指示所接收的信号是否是无响应的输出。
参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征，方面和优点。结合在本说明书中并构成本说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在说明书中阐述了针对本领域的普通技术人员的本发明的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其参考附图，其中：
图1提供了根据本主题的示例实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图；
图2提供了图1的燃气涡轮发动机的示意图，并描绘了其控制***；
图3提供了图2的控制***的示意图；
图4提供了根据本主题的示例实施例的滑动标度的示意图；
图5提供了根据本主题的示例实施例的描绘响应信号作为时间的函数的图；
图6提供了根据本主题的示例实施例的描绘无响应信号作为时间的函数的图；
图7提供了根据本主题的示例实施例的方法的流程图；和
图8提供了根据本主题的示例实施例的示例计算***。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的当前实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。在附图和描述中相同或相似的标记已经用于指代本发明的相同或相似的部分。如本文所使用的，术语“第一”，“第二”和“第三”可以互换使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对流动方向。例如，“上游”是指流体从其流动的流动方向，而“下游”是指流体向其流动的流动方向。此外，如本文所用，术语“轴向”或“轴向地”是指沿着发动机的纵向轴线的尺寸。与“轴向”或“轴向地”结合使用的术语“前”是指朝向发动机入口的方向，或部件与另一部件相比相对更靠近发动机入口。与“轴向”或“轴向地”结合使用的术语“后”是指朝向发动机喷嘴的方向，或者部件与另一部件相比相对更靠近发动机喷嘴。术语“径向”或“径向地”是指在发动机的中心纵向轴线与外发动机周向之间延伸的尺寸。此外，如本文所用，除非另外说明，否则近似术语(例如“大约”，“基本上”或“约”)是指在百分之十五(15％)的误差范围内。
此外，如本文所用，术语“实时”是指相关事件的发生时间，预定数据的测量和收集时间，处理数据时间以及响应于事件和环境的***时间中的至少一个。在本文所述的实施例中，这些活动和事件有效地瞬时发生。
提供了一种用于检测传感器的传感器状态的控制***以及用于检测传感器状态的方法。例如，本文的控制***和方法可以用于检测机器的传感器的传感器状态。例如，机器可以是涡轮机，诸如安装在运载器(例如，飞行器)上的燃气涡轮发动机。控制***可以检测从传感器接收的信号是响应的还是无响应的。因此，控制***可以检测传感器是在无响应状态还是在响应状态下操作。
控制***包括信号监测特征。特别地，控制***包括一个或多个计算装置，其主动隔离无响应感测信号以防止其被控制***例如用于控制涡轮机。无响应信号可以是例如保持在基本稳定值或表现出比预期瞬态响应慢的信号。控制***可以检测和丢弃无响应信号，并且可以利用更健康的信号或传感器模型来避免不期望的事件，例如航空燃气涡轮发动机的推力控制事件的损失。值得注意的是，控制***可以检测并丢弃无响应信号，即使当这样的信号在其有效(validation)范围之内并且不需要计划外的节气门调节。
在一个示例方面，提供了一种用于涡轮发动机的控制***。控制***包括具有一个或多个存储器装置和一个或多个处理装置的一个或多个计算装置。一个或多个存储器装置存储可由一个或多个处理装置执行以施行操作的计算机可读指令。在施行操作中，一个或多个处理装置被构造成接收指示感测到的参数(例如，指示涡轮发动机的操作状况的感测到的参数)的信号。例如，该信号可以指示涡轮发动机的特定站处的压力或温度。例如，该信号可以指示压缩机排放压力。一个或多个处理装置还被构造为至少部分地基于所接收的信号来确定信号的方差。所接收的信号的方差可以以任何合适的方式确定。
此外，一个或多个处理装置被构造为至少部分地基于一个或多个其他感测到的参数(例如，涡轮发动机的其他发动机参数和/或操作状况)来确定模型信号。例如，一个或多个计算装置的传感器模型可以至少部分地基于涡轮发动机的一个或多个发动机参数和/或操作状况来确定并输出模型信号。此外，一个或多个处理装置还被构造为至少部分地基于所确定的模型信号来确定信号的预期方差。信号的预期方差可以以任何合适的方式确定。
在确定所接收信号的方差和信号的预期方差的情况下，一个或多个处理装置被构造为通过将所确定的信号的方差与信号的预期方差进行比较来确定传感器的传感器状态。例如，可以至少部分地基于所确定的信号的方差与信号的预期方差来确定方差比。可以放大信号的标准偏差，以确保有足够的裕度来防止无响应信号的错误检测。可以将方差比与预限定阈值进行比较。如果方差比未超过预限定阈值，则将信号分类为响应的，并且因此将传感器的传感器状态确定为处于响应状态。另一方面，如果方差比超过预限定阈值，则信号被分类为无响应的，并且因此将传感器的传感器状态确定为处于无响应状态。
一个或多个处理装置可以响应于所确定的传感器状态产生控制动作。例如，控制动作可以是通知，故障标志，丢弃接收到的信号并使用另一个信号，或某个其他输出。举例来说，如果控制***用于控制涡轮发动机，并且如果信号被分类为或视为响应的，则响应信号可以用于控制涡轮发动机，例如，控制流向燃烧器的燃料以实现发动机的期望动力或推力输出。相反，如果信号被分类为或视为无响应的，则无响应信号可以被丢弃，并且次级控制信号可以用于控制涡轮发动机。次级控制信号可以从传感器模型输出，或者可以是来自涡轮发动机的另一个传感器的信号。还提供了用于使用这种控制***控制涡轮发动机的方法。
本文所述的***和方法为用于机器的控制***及其计算技术提供了许多技术效果，益处和改进。一方面，如上所述，控制***可操作以控制航空燃气涡轮发动机，并且可以检测并丢弃无响应信号，即使当这样的信号在其有效范围内并且不需要计划外的节气门调节。不期望对测试信号准确性进行计划外的节气门调节。在另一方面，本公开的控制***不依赖于传感器模型准确性。即，本公开的控制***不依赖于传感器模型的输出是否实际代表其被设计成建模的操作状况(例如，温度或压力)；相反，控制***依赖于所接收信号的功率或方差与信号的预期方差的比较。行业中的当前模型足够准确/可靠以预测或建模信号响应，从而实时预测或建模给定一个或多个输入的信号的预期方差。因此，控制***利用当前最先进模型的能力来准确地预测信号功率，而不依赖于信号的实际准确性。例如，本公开的控制***不依赖于传感器模型是否准确地预测发动机的特定站的实际温度；相反，仅依赖模型信号的信号功率或方差来确定所接收的信号是否是无响应的。出于多种原因这是有益的，多种原因包括：(1)模型可能不够准确或不能代表现场经验；(2)模型通常无法捕捉到发动机劣化的影响；随着服务中的发动机积累更多循环，传感器模型和传感器不一致变得更加明显；(3)其他因素(例如引气，马力提取和定子索具)通常未被建模，并导致传感器/模型稳态不一致。
另外，在利用本公开的控制方案时，除其他益处外，可以显著减少计算机处理时间，并且处理资源可以用于其他核心处理功能。常规的控制方案依赖于模型准确性，因此处理装置在预测准确地建模的信号时会花费大量资源。如上所述，本文描述的控制***不依赖于这种准确性；而是将信号的预测功率或预期方差用于与所接收信号的确定方差进行比较。这减少了确定信号是否是无响应的所需的计算资源。
图1提供了根据本公开的示例实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图。对于图1所示的实施例，燃气涡轮发动机是高旁路涡轮风扇喷气发动机，在本文中称为“涡轮风扇发动机10”。涡轮风扇发动机10可被安装到飞行器，例如固定翼飞行器。如图1所示，涡轮风扇发动机10限定轴向方向A，径向方向R和周向方向。此外，涡轮风扇发动机10限定延伸穿过其以用于参考目的的轴向中心线或纵向轴线12。通常，纵向轴线12和轴向方向A彼此并行延伸，径向方向R正交于轴向方向A朝向纵向轴线12向内延伸以及从纵向轴线12向外延伸，并且周向方向围绕纵向轴线12同心地延伸。
涡轮风扇发动机10包括风扇区段14和设置在风扇区段14下游的核心涡轮发动机16。核心涡轮发动机16包括限定环形核心入口20的基本上管状的外壳18。外壳18以串行流动关系包围：压缩机区段，其包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧器区段，其包括燃烧器26；涡轮区段，其包括高压涡轮28和低压涡轮30；喷射排气喷嘴区段32。高压轴或线轴34将HP涡轮28驱动地连接到HP压缩机24。低压轴或线轴36将LP涡轮30驱动地连接到LP压缩机22。
每个压缩机22、24可包括多个压缩机元件。特别地，对于该实施例，涡轮风扇发动机10的每个压缩机22、24包括多个压缩机级，其中每个级都包括固定压缩机轮叶82的环形阵列和紧邻压缩机轮叶82的下游定位的旋转压缩机叶片84的环形阵列。另外，压缩机22、24可包括一个或多个可变几何形状部件86(图2)，包括入口导向轮叶(IGV)，出口导向轮叶(OGV)，可变定子轮叶等。此外，一个或多个引气阀88(图2)可沿着压缩机24和/或压缩机22定位，并且可操作以移动打开和关闭，使得加压空气可从核心发动机16的核心空气流动路径引出。通过引气阀88引出的引气可以被引导至其他发动机***(例如HP涡轮28的主动间隙控制***)，或被引导至发动机所附接的各种运载器***(例如用于给飞行器机舱加压的机舱气压***)。
对于所示的实施例，风扇区段14包括可变桨距(pitch)风扇38，该可变桨距风扇38具有以间隔开的方式联接至盘42的多个风扇叶片40。如图所示，风扇叶片40从盘42大致沿径向方向R向外延伸。借助于风扇叶片40可操作地联接到合适的致动构件44，每个风扇叶片40可相对于盘42绕桨距轴线P旋转，该致动构件44被构造为共同地一致改变风扇叶片40的桨距。风扇叶片40，盘42和致动构件44可通过LP轴36绕纵向轴线12一起旋转。
仍然参考图1的示例性实施例，盘42被可旋转的旋转器48覆盖，该旋转器48在空气动力学上成形为以促进气流通过多个风扇叶片40。另外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳体或外机舱50，其周向围绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。应当理解，机舱50可以通过多个周向间隔开的出口导向轮叶52相对于核心涡轮发动机16被支撑。此外，机舱50的下游区段54可在核心涡轮发动机16的外部分上延伸，以便在它们之间限定旁路气流通道56。
在涡轮风扇发动机10的操作期间，一定量的空气58通过机舱50和/或风扇区段14的相关入口60进入涡轮风扇发动机10。当一定量的空气58穿过风扇叶片40时，如箭头62所示的空气58的第一部分被引导或导向到旁路气流通道56中，并且如箭头64所示的空气58的第二部分被引导或导向到LP压缩机22中。第一部分空气62和第二部分空气64之间的比通常被称为旁通比。然后，随着第二部分空气64被导向通过高压(HP)压缩机24并进入燃烧器26，第二部分空气64的压力增加，在燃烧器26中，第二部分空气64与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体66。
燃烧气体66被导向通过HP涡轮28，在HP涡轮28中，经由联接到外壳18的HP涡轮定子轮叶68和联接到HP轴或线轴34的HP涡轮转子叶片70的连续级，从燃烧气体66提取一部分热能和/或动能，因此使HP轴或线轴34旋转，从而支持HP压缩机24的操作。然后，燃烧气体66被导向通过LP涡轮30，在LP涡轮30中，经由联接到外壳18的LP涡轮定子轮叶72和联接到LP轴或线轴36的LP涡轮转子叶片74的连续级，从燃烧气体66提取第二部分热能和动能，因此使LP轴或线轴36旋转，从而支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。
随后，燃烧气体66被引导通过核心涡轮发动机16的喷射排气喷嘴区段32，以提供推进推力。同时，随着第一部分空气62在从涡轮风扇发动机10的风扇喷嘴排气区段76排出之前被引导通过旁路气流通道56，第一部分空气62的压力实质上增加，也提供推进推力。HP涡轮28，LP涡轮30和喷射排气喷嘴区段32至少部分地限定热气路径78，用于将燃烧气体66引导通过核心涡轮发动机16。
应当理解，尽管针对具有核心涡轮发动机16的涡轮风扇发动机10进行了描述，但是本主题可以适用于其他类型的涡轮机械。例如，本主题可以适合与涡轮螺旋桨发动机，涡轮轴发动机，涡轮喷气发动机，工业和船舶燃气涡轮发动机和/或辅助动力单元一起使用或在其中使用。此外，除了涡轮机之外，本主题还可应用于其他类型的机器/装置。
图2提供了图1的涡轮风扇发动机10的示意图，并描绘了其控制***100。如图所示，涡轮风扇发动机10可包括多个传感器，用于例如在发动机的操作期间感测发动机的各种操作状况和参数。例如，涡轮风扇发动机10可以包括但不限于一个或多个压力传感器，温度传感器，燃料流量传感器，振动传感器和/或速度传感器。例如，对于图2所示的实施例，涡轮风扇发动机10包括温度传感器110，该温度传感器110可操作以感测流入HP压缩机24的流体的入口温度。涡轮风扇发动机10还包括压力传感器112，该压力传感器112可操作以感测从HP压缩机24排放的流体的压力(即，压缩机排放压力)。此外，涡轮风扇发动机10还包括可操作以感测LP轴36的旋转速度的LP轴速度传感器114。涡轮风扇发动机10还包括可操作以感测HP轴34的旋转速度的HP轴速度传感器116。涡轮风扇发动机10还包括可操作以感测风扇38的叶片40的叶片尖端处的压力的风扇压力传感器117。另外，涡轮风扇发动机10包括燃料流量传感器118，该燃料流量传感器118可操作以感测流到燃烧器26的燃料的燃料流量。尽管未示出，但是涡轮风扇发动机10还可以包括一个或多个振动传感器，例如，可操作以感测涡轮风扇发动机10的一个或多个旋转部件的振动。传感器110、112、114、116、117、118可以是高带宽，高频传感器，能够以控制***100的一个或多个计算装置的更新速率的大约2000倍读取其各自的操作状况。
如图2进一步所示，涡轮风扇发动机10的控制***100包括用于控制涡轮风扇发动机10的操作的一个或多个计算装置120。具体地，一个或多个计算装置120被构造为施行用于控制涡轮风扇发动机10的一个或多个操作或功能，例如本文所述的信号监测操作。在一些实施例中，一个或多个计算装置120可以是控制器***或单个控制器。在一些实施例中，一个或多个计算装置120可以包括发动机控制器。发动机控制器可以是例如电子发动机控制器(EEC)或电子控制单元(ECU)。发动机控制器可以***作为运载器(例如，飞行器)的全权限数字发动机控制(FADEC)***的控制装置。
如图2所示，一个或多个计算装置120与涡轮风扇发动机10的各个部件通信地联接(例如，经由一个或多个合适的有线和/或无线通信链路)。对于该实施例，控制器120与传感器110、112、114、116、117、118，燃料***90的燃料计量装置92，LP压缩机22和HP压缩机24的可变几何形状部件86，以及风扇38的致动构件44通信地联接。这样，可以在传感器110、112、114、116、117、118，燃料***90的燃料计量装置92，LP压缩机22和HP压缩机24的可变几何形状部件86，以及风扇38的致动构件44与一个或多个计算装置120之间导向一个或多个信号。如将理解的是，一个或多个计算装置120可以与涡轮风扇发动机10的其他部件通信地联接，通信地联接到安装有涡轮风扇发动机10的运载器的其他计算***或部件，通信地联接到各种机外或远程计算***200或部件(例如，地面***，维护实体，分析实体，远程导航站等)，以及其他部件或计算***。
图3提供了控制***100的示意图，并描绘了一个或多个计算装置120的各种模型和控制逻辑。在图3中，一个或多个计算装置120由单个计算装置表示。如图所示，计算装置120包括一个或多个处理装置122和一个或多个存储器装置124。一个或多个存储器装置124可存储可由一个或多个处理装置122执行以施行操作的计算机可读指令。一个或多个计算装置120可以以与以下参考图8描述的示例性计算***500的计算装置中的一个基本相同的方式构造，并且可以被构造为施行本文描述的操作中的一个或多个，诸如本文描述的方法(400)的操作中的一些或全部。
对于信号响应监测，计算装置120的一个或多个处理装置122被构造为接收指示涡轮发动机的操作状况的信号。例如，一个或多个处理装置122可以从传感器110、112、114、116、117、118(图2)中的一个接收信号。操作状况可以是但不限于压力，温度，旋转速度，振动和/或燃料流量。信号140可以经由合适的有线或无线通信链路从传感器110、112、114、116、117、118中的一个或多个导向到计算装置120。信号可以在涡轮风扇发动机10的操作期间连续地导向到计算装置120。该信号可以作为模拟和/或数字信号被导向。例如，图5以图形方式描绘了可以由计算装置120接收的作为时间的函数的信号S。图5所示的信号S是模拟信号。
如图3所示，一旦信号140由计算装置120接收，则计算装置120的一个或多个处理装置122被构造为确定接收到的信号140的方差(σS)2。计算装置120可以包括滤波器(例如，一阶滤波器)，该滤波器可操作以在计算信号140的方差之前或期间从接收到的信号140中移除可能误导方差值的电噪声。可以以任何合适的方式确定或计算信号140的方差(σS)2。例如，一个或多个处理装置122可以首先计算所接收的信号140的平均值，或者信号140随时间(例如，第一时间段)的平均幅度。
例如，如图5所示，针对与第一时间段(例如0.5毫秒)相关联的第一信号S计算平均值M。然后，一个或多个处理装置122可以计算接收到的信号S的方差(σS)2。换句话说，在第一时间段内针对信号S计算每个瞬时读数与数据集的平均值的平均平方偏差。例如，对于每个瞬时读数(例如，信号的每个峰值和谷值)，可以从中减去平均值并求平方，即，确定每个瞬时读数的平方差。所接收的信号S的方差(σS)2是与平均值的平方差的平均。如将在下面进一步解释的，所接收的信号140的方差(σS)2可用于确定所接收的信号S是否是无响应的。
如图3进一步所示，计算装置120包括一个或多个传感器模型126。例如，传感器模型126可以包括一个或多个基于物理学的嵌入式模型和/或循环模型。在一些实施例中，传感器模型126可以包括一个或多个机器学习模型。在图3中，一个或多个传感器模型126由单个模型表示。如将在本文中详细解释的，传感器模型126被构造为输出预测或预期的方差(σM)2。换句话说，传感器模型126被构造为输出从给定传感器接收的信号140的预期方差(σM)2。在一些实施例中，传感器模型126可以输出用于控制涡轮发动机的每个感测信号的预期方差。即，一个或多个计算装置120可以监测每个感测到的控制信号的响应。
传感器模型126可以至少部分地基于一个或多个接收到的输入来输出预期方差(σM)2。例如，传感器模型126可以例如从传感器110、112、114、116、117、118(图2)接收指示操作期间涡轮发动机的一个或多个操作状况的一个或多个信号。操作状况可以是但不限于压力，温度，旋转速度，振动和/或燃料流量。可以经由合适的有线或无线通信链路将信号从传感器110、112、114、116、117、118中的一个或多个导向至计算装置120。然后，传感器模型126可以仅基于例如以任何合适的方式接收的输入来输出预期方差(σM)2。附加地或替代地，传感器模型126可以至少部分地基于接收的输入来计算一个或多个值(例如，发动机性能参数)，并且除接收的输入之外或替代接收的输入，可以使用计算的值来确定预期方差(σM)2。如将在下面进一步解释的，可以将确定的接收到的信号140的方差(σS)2与预期方差(σM)2进行比较以确定所接收的信号140是否是无响应的。
仍然参考图3，计算装置120还包括控制逻辑128。如图所示，一个或多个处理装置122的控制逻辑128接收与所接收的信号140相关联的确定方差(σS)2和预期方差(σM)2，并通过将确定的信号的方差(σS)2与信号的预期方差(σM)2进行比较来确定信号140是否是无响应的。一个或多个处理装置122的控制逻辑128还被构造为确定所确定的方差比是否超过预限定阈值。在这样的实施例中，如果确定的方差比超过预限定阈值，则将接收到的信号分类为无响应的。但是，如果确定的方差比没有超过预限定阈值，则将接收到的信号分类为响应的，或换句话说，不是无响应的。在一些实施例中，将方差比与多个预限定阈值进行比较。
在一些实施例中，在通过将确定的信号的方差(σS)2与预期方差(σM)2进行比较来确定所接收的信号是否是无响应的时，一个或多个处理装置122被构造为至少部分地基于确定的信号的方差(σS)2和信号的预期方差(σM)2来确定方差比。在一些实施例中，例如，方差比可以被限定为确定方差(σS)2与预期方差(σM)2的比，反之亦然。在其他实施例中，方差比可以通过以下限定：
Figure BDA0002415486120000111
其中，n是信号放大器，σM是与信号的预期方差(σM)2相关联的标准偏差，σS是与所接收的信号的方差(σS)2相关联的标准偏差。标准偏差σM平方是预期方差(σM)2，标准偏差σS平方是确定方差(σS)2。对于比率1，将所接收的信号的标准偏差σS放大n，以确保一个或多个计算装置120的控制逻辑128具有足够的裕度，以防止错误检测，例如，使得实际上响应的信号不会无意地分类为无响应的。可以将放大器n设置为任何合适的数字以确保期望的裕度，例如，应用三西格玛规则。
为了利用比率1来确定方差比，一个或多个计算装置120可以将信号的方差(σS)2和信号的预期方差(σM)2输入到比率1。也可以将预选放大器n输入到比率1中，以放大所接收的信号的标准偏差σS，例如，以足够的裕度防止错误检测。一旦确定了方差比，一个或多个计算装置120就可以确定所确定的方差比是否超过预限定阈值。
例如，参考图4，预限定阈值PT可以被限定为方差比(例如，比率1)的可能输出的下限LL和上限UL之间的值。下限LL可以是零(0)，上限UL可以是任何合适的数字，例如一(1)。对于该示例，下限LL是零(0)，上限UL是一(1)，并且预限定阈值PT被设置为0.3。标称地，当传感器信号是响应的，由于确定的信号的方差(σS)2和信号的预期方差(σM)2具有相似的方差水平，方差比接近一(1)。但是，如图所示，当方差比(例如，比率1)的输出超过预限定阈值PT时，或者在该示例中，如果方差比的输出小于预限定阈值PT，则所接收的信号分类为无响应的。例如，如果比率1的输出为0.2，则信号被分类为无响应的，因为0.2小于设置为0.3的预限定阈值PT。作为另一个示例，如果比率1的输出为0.9，则信号被分类为响应的，因为0.9大于设置为0.3的预限定阈值PT。
在一些实施例中，例如取决于一个或多个状况，预限定阈值PT可以是可变的或可调节的。例如，在一些实施例中，预限定阈值PT可以至少部分地基于涡轮发动机的操作状态而变化。作为一个示例，涡轮发动机的操作状态可以是涡轮发动机正在操作的飞行状态或模式，例如起飞，巡航，下降，怠速等。作为另一示例，附加地或替代地，操作状态可以与涡轮发动机的健康状态相关联。例如，健康状态可以通过涡轮发动机已经服务的小时数，可操作以基于发动机如何实际***作用于过去的任务来确定发动机的劣化的发动机的预后健康监测模型(PHM)，或用于确定发动机的健康状况的一些其他方法，***或模型来确定。
在一些实施例中，一个或多个计算装置120可以接收指示涡轮发动机的操作状态的一个或多个输入。例如，如上所述，输入可以指示涡轮发动机正在操作的飞行状态或模式。例如，输入可以由一个或多个计算装置从安装有涡轮发动机的飞行器的飞行管理***接收。附加地或替代地，输入可以指示涡轮发动机的健康状态。例如，一个或多个计算装置120可以从PHM模型接收输入。
此外，在这样的实施例中，一个或多个计算装置120可以至少部分地基于所接收的指示涡轮发动机的操作状态的一个或多个输入来确定涡轮发动机的操作状态。因此，可以确定涡轮发动机的操作状态。此外，一个或多个计算装置120可以至少部分地基于涡轮发动机的确定的操作状态来调节预限定阈值。例如，参考图4，取决于涡轮发动机的确定的操作状态，预限定阈值PT可以沿着滑动标度朝向下限LL或朝向上限UP移动。
作为一个示例，如果涡轮发动机的操作状态被确定为起飞状态，则可以将预限定阈值PT设置为0.1。另一方面，如果涡轮发动机的操作状态被确定为巡航状态，则可以将预限定阈值PT调节为0.05。作为又一个示例，如果涡轮发动机的操作状态被确定为具有第一健康状态，则可以将预限定阈值PT设置为0.03。另一方面，如果涡轮发动机的操作状态被确定为具有第二健康状态，其中涡轮发动机在第二健康状态中比在第一健康状态中具有更大的劣化，则可以将预限定阈值PT调节为0.06，以解决发动机劣化。在进一步实施方式中，预限定阈值PT可以被固定为例如0.3、0.1、0.05等。
此外，在一些实施例中，可以围绕预限定阈值PT应用迟滞带，以防止仅在瞬间无响应的信号的错误“修复”或校正。以此方式，如果方差比仅在瞬间超过预限定阈值PT，然后立即不超过预限定阈值PT，则围绕预限定阈值PT的迟滞带会防止***采取校正动作，例如直到方差比超过预限定阈值PT预定时间和/或方差比超过预限定阈值PT预定裕度。
一个或多个处理装置122还被构造为响应于信号是否是无响应的而生成控制动作，该控制动作与控制涡轮发动机相关联。如果确定所接收的信号140是无响应的，则在生成控制动作时，一个或多个处理装置122被构造为丢弃所接收的信号并至少部分地基于次级控制输入而不是确定为无相应的信号来控制涡轮发动机。相反，如果确定所接收的信号140是响应的，则在生成控制动作时，一个或多个处理装置122被构造为至少部分地基于确定为响应的信号来控制涡轮发动机。
例如，参考图3，在一个或多个计算装置120的控制逻辑128确定信号是否是无响应的之后，一个或多个计算装置120可以输出或生成一个或多个控制命令146，该一个或多个控制命令146指示用于控制/调节发动机的发动机***95中的一个或多个的指令。一个或多个发动机***95可包括但不限于一个或多个可变几何形状部件86(图2)，燃料***90的燃料计量装置92(图2)，风扇38(图2)和/或发动机的引气阀88(图2)。一个或多个控制命令146可被导向到一个或多个发动机***95。
如果确定所接收的信号是响应的，则可以至少部分地基于所接收的健康、响应的信号来生成控制命令146。例如，如果从高带宽，高频压力传感器112接收指示压缩机排放压力(通常称为P3)的信号并确定为是响应的，则可以至少部分地基于所接收的信号来生成指示用于控制燃料计量装置92以控制到燃烧器26的燃料流的指令的一个或多个控制命令146。
如果确定所接收的信号是无响应的，则一个或多个计算装置120可以丢弃不健康，无响应的信号，并且一个或多个计算装置120可以利用次级控制信号来生成控制命令146。次级控制信号可以是由传感器模型126输出的模型信号，从第二传感器(例如，另一压力传感器)接收的另一个或第二信号，或一些其他感测，计算或预测的信号。例如，如果从第一传感器(例如，高带宽，高频压力传感器112)接收到指示压缩机排放压力的信号，并且该信号被确定为无响应的，则一个或多个计算装置120可以丢弃无响应压力信号，并且一个或多个计算装置120可以用次级控制信号(例如，由传感器模型126输出的模型信号)代替无响应信号，以生成指示用于控制燃料计量装置92以控制到燃烧器26的燃料流的指令的控制命令146。除其他益处外，通过检测无响应信号，丢弃无响应信号并利用替代或次级控制信号来生成用于控制涡轮发动机的控制命令146，可以防止推力或动力控制事件的损失。
如前所述，通过使用本公开的信号响应监测方案实现许多优点和益处。值得注意的是，本公开的控制***100通过将接收信号的方差与例如由传感器模型输出的预期方差进行比较来主动隔离无响应信号。这样，本公开的控制方案不依赖于模型准确性。如前所述，由于多种原因，这是有益的。此外，不需要节气门操纵或调节来确定所接收的信号是否是无响应的。这在飞行的巡航阶段中至关重要，在巡航阶段中，在很长时间段上节气门调节最少。利用本公开的控制方案，可以确定无响应的信号而无需调节节气门。
图5和图6突出显示了由本公开的控制***100利用的信号响应控制方案的优点。在图5中，在第一时间段上示出了接收的感测信号S，并且同样在第一时间段上示出了由传感器模型(例如，图3的传感器模型126)输出的模型信号SM。为接收的感测信号S计算平均值M和方差(σS)2。为模型信号SM计算平均值MM和预期方差(σM)2。值得注意的是，当经由如上所述的方差比将接收的感测信号S的方差(σS)2与预期方差(σM)2进行比较时，不考虑接收的信号S与模型信号SM之间的绝对差(即信号误差)；而是仅考虑信号的功率或方差。在图5的示例中，接收的感测信号S的方差(σS)2与预期方差(σM)2相似，因此，当确定方差比并将其与预限定阈值进行比较时，接收的感测信号S被分类为响应信号。值得注意的是，不重要的是，模型信号SM不是准确地预测操作状况的实际值(由接收的感测信号S和模型信号SM之间的空间图形化地描绘)，只是实时准确地预测了模型信号SM的功率或方差(σM)2，这在当前行业模型的能力范围内。因此，如上所述，在确定信号是否是响应的时不依赖传感器模型的准确性。
在图6中，呈现了由本公开的控制***100利用的信号响应控制方案的另一个优点。在第二时间段上示出了接收的感测信号S，并且在第二时间段上同样示出了由传感器模型(例如，图3的传感器模型126)输出的模型信号SM。为接收的感测信号S计算平均值M和方差(σS)2。为模型信号SM计算平均值MM和预期方差(σM)2。在该示例中，接收的感测信号S和模型信号SM均具有相同的平均值。因此，平均值M等于平均值MM。在该示例中，如图6所示，接收的感测信号S在其有效范围内已失效或是无响应的。特别地，接收的感测信号已经冻结在其有效范围内。因此，故障信号S不代表涡轮发动机的实际操作状况。根据本公开的信号响应监测控制方案，当接收的感测信号S在其有效范围内并且当模型信号SM似乎准确地代表由接收的感测信号指示的涡轮发动机的操作状况时(如图6中重叠的感测和建模信号所示)，仍可以检测到接收的感测信号S。通过经由方差比比较信号的方差，并确定方差比的输出是否超过预限定阈值(与确定信号之间的绝对差并且然后确定差是否超过阈值相对)，即使在其有效范围内，并且当其似乎准确地代表了涡轮发动机中的操作状况，接收的感测信号也可以被确定为无响应的。
图7提供了根据本主题的实施例的用于控制涡轮发动机的示例性方法(400)的流程图。例如，方法(400)可以被实施为控制图1和2的涡轮风扇发动机10。但是，方法(400)也可以被实施为控制其他类型的发动机，例如其他类型的涡轮发动机，蒸汽涡轮发动机，往复式发动机以及其他涡轮机械。方法(400)中的一些或全部可以由本文描述的控制***100实施。另外，将意识到，在不脱离本主题的范围的情况下，可以以各种方式修改，调整，扩展，重新布置和/或省略示例性方法(400)。
在(402)处，方法(400)包括操作机器，例如涡轮发动机。例如，涡轮发动机可以是燃气涡轮发动机，例如图1和2的涡轮风扇发动机10。在其他实施方式中，燃气涡轮发动机可以是另一种合适类型的燃气涡轮发动机，例如涡轮螺旋桨发动机，涡轮轴发动机，喷气发动机，航改燃气涡轮发动机，船用燃气涡轮发动机等。在其他实施方式中，涡轮发动机可以是不同类型的涡轮发动机，例如蒸汽涡轮发动机。在一些进一步实施方式中，机器可以是任何合适类型的机器。
在(404)处，方法(400)包括通过一个或多个计算装置从传感器接收指示感测到的参数的信号。感测到的参数可以指示涡轮发动机的操作状况。例如，一个或多个计算装置可以是本文描述的一个或多个计算装置120。一个或多个计算装置120可以定位在涡轮发动机上，例如安装在发动机罩下。一个或多个计算装置120可以从传感器接收指示发动机的操作状况的信号。可以从高带宽，高频传感器接收信号。信号可以作为模拟信号被接收，或者可以被滤波并作为数字信号被接收。传感器读取涡轮发动机的操作状况(例如，压缩机排放压力)的频率可以是一个或多个计算装置120的更新速率的大约2000倍(2,000X)。例如，参考图2，一个或多个计算装置120可以从涡轮风扇发动机10的传感器110、112、114、116、117、118中的一个接收信号。该信号可以指示感测到的参数，例如，如上所述的涡轮发动机的操作状况。操作状况可以是但不限于压力，温度，旋转速度，振动和/或燃料流量。
在(406)处，方法(400)包括至少部分地基于接收的信号通过一个或多个计算装置来确定信号的方差。一个或多个计算装置120可以以任何合适的方式确定在(404)处接收的信号的方差。
在(408)处，方法(400)包括通过一个或多个计算装置确定信号的预期方差。例如，在(406)处确定接收的信号的方差之前，期间或之后，一个或多个计算装置120可以确定信号的预期方差。在一些实施方式中，例如，一个或多个计算装置120的嵌入式模型可以确定并输出信号的预期方差。该模型可以是基于循环甲板物理模型(cycle deck physics-based model)，机器学习模型，其某种组合等。例如，嵌入式模型可以是图3的基于物理的传感器模型126。
可以至少部分地基于一个或多个接收的输入通过传感器模型126来确定和输出预期方差(σM)2。例如，传感器模型126可以例如从传感器110、112、114、116、117、118(图2)接收指示一个或多个感测到的参数(例如，指示操作期间涡轮发动机的一个或多个操作状况的感测到的参数)的一个或多个信号。感测到的参数(例如，操作状况)可以是但不限于压力，温度，旋转速度，振动和/或燃料流量。可以经由合适的有线或无线通信链路将信号从传感器110、112、114、116、117、118中的一个或多个导向至计算装置120。另外，如图3所示，传感器模型126可以接收发动机的命令动力输出，例如命令推力。命令动力输出可以基于例如经由安装有涡轮发动机的驾驶舱中的推力或动力杆148的飞行员操纵对动力输入装置的用户输入，或者基于例如经由自主飞行***自动地对动力输入装置的用户输入。传感器模型126可以仅基于接收的输入例如以任何合适的方式来输出预期方差(σM)2。附加地或替代地，传感器模型126可以至少部分地基于接收的输入来计算一个或多个值(例如，发动机性能参数)，并且除接收的输入之外或替代接收的输入，可以使用计算的值来确定预期方差(σM)2。基于这样的输入和/或计算的值，可以生成模型信号，并且可以通过一个或多个计算装置120以任何合适的方式来确定模型信号的平均值和方差(即，预期方差)。
在(410)处，方法(400)包括通过将确定的信号的方差与信号的预期方差进行比较，通过一个或多个计算装置来确定传感器的传感器状态。传感器状态可以是响应状态和无响应状态中的一个。也就是说，一旦在(406)处确定信号的方差(σS)2，并且在(408)处确定或输出信号的预期方差(σM)2，一个或多个计算装置120可以比较信号140的方差(σS)2和信号140的预期方差(σM)2以确定信号是否是无响应的。如果信号是无响应的，则传感器状态被确定为处于无响应状态。另一方面，如果信号是响应的，则传感器状态被确定为处于响应状态。
在一些实施方式中，通过将确定的信号的方差与信号的预期方差进行比较来确定传感器的传感器状态包括：至少部分基于确定的信号的方差和信号的预期方差来确定方差比；确定所确定的方差比是否超过预限定阈值。在这样的实施方式中，如果确定的方差比超过预限定阈值，则将接收的信号分类为无响应的，并且因此，将传感器状态确定为处于无响应状态。但是，如果确定的方差比没有超过预限定阈值，则将接收的信号分类为不是无响应的，并且因此，将传感器状态确定为处于响应状态。
作为示例，在一些实施方式中，方差比通过以下限定：
Figure BDA0002415486120000161
(前文表示为比率1)，其中，n是信号放大器，σM是与信号的预期方差(σM)2相关联的标准偏差，σS是与接收的信号的方差(σS)2相关联的标准偏差。标准偏差σM平方是预期方差(σM)2，标准偏差σS平方是确定的方差(σS)2。对于比率1，将接收的信号的标准偏差σS放大n，以确保一个或多个计算装置120的控制逻辑128具有足够的裕度，以防止错误检测，例如，使得实际上响应的信号不会无意间分类为无响应的。可以将放大器n设置为任何合适的数字以确保所需的裕度，例如应用三西格玛规则。此外，在这样的实施方式中，标称地，当传感器信号是响应的时，由于确定的信号的方差(σS)2和信号的预期方差(σM)2具有相似的方差水平，方差比接近一(1)。
继续以上示例，一个或多个计算装置120可以通过输入在(406)处确定的信号的方差(σS)2和在(408)处确定的信号的预期方差(σM)2至比率1来确定方差比，该比率1在该示例中是方差比。预选放大器n也可以输入到比率1中，以放大信号的方差(σS)2，例如，以足够的裕度防止错误检测。一旦确定了方差比，一个或多个计算装置120就可以确定所确定的方差比是否超过预限定阈值。
例如，参考图4，预限定阈值PT可以被限定为方差比(例如，比率1)的可能输出的下限LL和上限UL之间的值。下限LL可以是零(0)，上限UL可以是任何合适的数字，例如一(1)。对于该示例，下限LL是零(0)，上限UL是一(1)，并且预限定阈值PT被设置为0.3。标称地，当传感器信号是响应的时，由于确定的信号的方差(σS)2和信号的预期方差(σM)2具有相似的方差水平，方差比接近一(1)。但是，如图所示，当方差比(例如，比率1)的输出超过预限定阈值PT时，或者在该示例中，如果方差比的输出小于预限定阈值PT，则接收的信号被分类为无响应的。例如，如果比率1的输出为0.2，则信号被分类为无响应的，因为0.2小于设置为0.3的预限定阈值PT。作为另一个示例，如果比率1的输出为0.9，则信号被分类为响应的，因为0.9大于设置为0.3的预限定阈值PT。
在一些实施方式中，例如取决于一个或多个状况，预限定阈值PT可以是可变的。例如，在一些实施方式中，预限定阈值PT可以至少部分地基于涡轮发动机的操作状态而变化。作为一个示例，涡轮发动机的操作状态可以是涡轮发动机正在操作的飞行状态或模式，例如起飞，巡航，下降，怠速等。作为另一示例，附加地或替代地，操作状态可以与涡轮发动机的健康状态相关联。例如，健康状态可以通过涡轮发动机已经服务的小时数，可操作以基于发动机已如何实际***作用于过去的任务来确定发动机的劣化的发动机的预后健康监测模型(PHM)，或用于确定发动机的健康状况的一些其他方法，***或模型来确定。
在一些实施方式中，方法(400)包括通过一个或多个计算装置接收指示涡轮发动机的操作状态的一个或多个输入。例如，如上所述，输入可以指示涡轮发动机正在操作的飞行状态或模式。例如，输入可以通过一个或多个计算装置从安装有涡轮发动机的飞行器的飞行管理***接收。附加地或替代地，输入可以指示涡轮发动机的健康状态。例如，一个或多个计算装置可以从PHM模型接收输入。此外，在这样的实施方式中，方法(400)包括至少部分地基于所接收的指示涡轮发动机的操作状态的一个或多个输入来确定涡轮发动机的操作状态。因此，可以确定涡轮发动机的操作状态。此外，方法(400)包括至少部分地基于涡轮发动机的确定的操作状态来调节预限定阈值。例如，参考图4，取决于确定的涡轮发动机的操作状态，预限定阈值PT可以沿着滑动标度朝向下限LL或朝向上限UP移动。
作为一个示例，如果涡轮发动机的操作状态被确定为起飞状态，则可以将预限定阈值PT设置为0.1。另一方面，如果涡轮发动机的操作状态被确定为巡航状态，则可以将预限定阈值PT调节为0.05。作为又一个示例，如果涡轮发动机的操作状态被确定为具有第一健康状态，则可以将预限定阈值PT设置为0.03。另一方面，如果涡轮发动机的操作状态被确定为具有第二健康状态，其中涡轮发动机在第二健康状态中比在第一健康状态中具有更大的劣化，则可以将预限定阈值PT调节为0.06，以解决发动机劣化。在进一步实施方式中，预限定阈值PT可以被固定为例如0.3、0.1、0.05等。此外，在一些实施方式中，可以围绕预限定阈值PT应用迟滞带，以防止仅在瞬间无响应的信号的错误“修复”或校正。以此方式，如果方差比仅在瞬间超过预限定阈值PT，并且然后立即不超过预限定阈值PT，则围绕预限定阈值PT的迟滞带可以阻止***采取校正动作，例如直到方差比超过预限定阈值PT预定时间和/或方差比超过预限定阈值PT预定裕度。
在(410)处确定接收的信号是否是无响应的之后，在(412)处，方法(400)包括响应于确定的传感器状态通过一个或多个计算装置生成控制动作。例如，如果在(410)处接收的信号被确定为无响应的，并且因此传感器的传感器状态被确定为处于无响应状态，则在(412)处通过一个或多个计算装置生成控制动作包括至少部分地基于次级控制输入而不是在(410)处确定为无响应的信号来丢弃接收的信号并控制机器(例如，涡轮发动机)。相反，如果在(410)处接收的信号被确定为响应的，并且因此传感器的传感器状态被确定为处于响应状态，则在(412)处通过一个或多个计算装置生成控制动作包括至少部分地基于在410处确定为响应的信号来控制机器(例如，涡轮发动机)。
例如，参考图3，在(410)处一个或多个计算装置120的控制逻辑128确定信号是否是无响应的之后，一个或多个计算装置120可以输出或生成指示用于控制/调节发动机的发动机***95中的一个或多个的指令的一个或多个控制命令146，例如，如图3所示。一个或多个发动机***95可包括但不限于一个或多个可变几何形状部件86(图2)，燃料***90的燃料计量装置92(图2)，风扇38(图2)和/或发动机的引气阀88(图2)。一个或多个控制命令146可被导向到一个或多个发动机***95。如果在(410)处确定信号是响应的，则控制命令146至少部分地基于在(404)处接收的健康的、响应的信号。例如，如果在(404)处从高带宽，高频压力传感器112接收到指示压缩机排放压力(通常称为P3)的信号，并且在(410)处确定该信号为响应的，则一个或多个控制命令146可以指示用于控制燃料计量装置92以控制到燃烧器26的燃料流的指令，这最终控制发动机的推力输出。
如果在(410)处确定接收的信号是无响应的，则一个或多个计算装置120丢弃不健康、无响应的信号，然后一个或多个计算装置120利用次级控制信号来生成控制命令146。次级控制信号可以是由传感器模型126输出的模型信号(例如，如在(408)处确定的)，来自第二传感器(例如，另一压力传感器)的另一或第二信号，或一些其它感测，计算或预测的信号。
例如，如果在(404)处从高带宽，高频压力传感器112接收到指示压缩机排放压力(通常称为P3)的信号，并在(410)处确定该信号为无响应的，则一个或多个计算装置120可以丢弃无响应的压力信号，并且一个或多个计算装置120可以用次级控制信号(例如，从传感器模型126输出的模型信号)代替无响应的信号，以生成指示用于控制燃料计量装置92以控制到燃烧器26的燃料流的指令的控制命令146。通过检测无响应的信号，丢弃无响应的信号，并利用替代或次级控制信号来生成用于控制涡轮发动机的控制命令，可以防止推力或动力控制事件的损失。
将理解的是，一个或多个计算装置120可以连续地监测感测到的信号以确定这种信号是否是无响应的。换句话说，一个或多个计算装置120可以例如从传感器接收信号，并且可以例如以上述方式迭代地确定该信号是否是无响应的。例如，一个或多个计算装置120可以接收(例如，从传感器)指示在第一时间段上发动机的操作状况的信号。然后，一个或多个计算装置120可以确定指示在第一时间段上发动机的操作状况的信号是否是无响应的。然后，为了确认信号是无响应的或继续监测该信号，一个或多个计算装置120可以接收(例如，从同一传感器)指示在第二时间段上发动机的操作状况的信号。第二时间段可以是相对于第一时间段的连续时间段，或者可以与第一时间段间隔开。然后，一个或多个计算装置120可以确定指示在第二时间段上发动机的操作状况的信号是否是无响应的。一个或多个计算装置120可以以上述方式继续对于其他时间段(例如连续的第三，第四，第五等时间段)监测信号。
在一些实施方式中，如果对于预定数量的时间段信号被分类为无响应的，则一个或多个计算装置120可以停止监测无响应的信号并可以设置故障标志，例如，以通知维护或服务人员传感器或其间的某些通信链接出现故障或需要维修。在一些实施方式中，一个或多个计算装置120仅当对于预定数量的连续时间段信号被分类为无响应的时才停止监测无响应的信号并设置故障标志。在其他实施方式中，一个或多个计算装置120仅当在预限定时间段(例如，五秒(5s))内对于预定数量的时间段信号被分类为无响应的时，才停止监测无响应的信号并设置故障标志。此外，一个或多个计算装置120可以忽略这种无响应的信号，并且使用如上所述的次级控制信号来控制涡轮发动机。
图8提供了根据本公开的示例实施例的示例计算***500。例如，本文描述的一个或多个计算装置120可以包括各种部件并且施行以下描述的计算***500的一个或多个计算装置的各种功能。
如图8所示，计算***500可以包括一个或多个计算装置510。计算装置510可以包括一个或多个处理器510A和一个或多个存储器装置510B。一个或多个处理器510A可以包括任何合适的处理装置，例如微处理器，微控制器，集成电路，逻辑装置和/或其他合适的处理装置。一个或多个存储器装置510B可以包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机可读介质，RAM，ROM，硬盘驱动器，闪存驱动器和/或其他存储器装置。
一个或多个存储器装置510B可以存储可由一个或多个处理器510A访问的信息，包括可以由一个或多个处理器510A执行的计算机可读指令510C。指令510C可以是在由一个或多个处理器510A执行时使一个或多个处理器510A施行操作的任何指令集。在一些实施例中，指令510C可以由一个或多个处理器510A执行以使一个或多个处理器510A施行诸如计算***500和/或计算装置510被构造用于的操作和功能中的任何一个的操作，例如，用于如本文所述的信号监测和/或控制发动机的操作。例如，方法(400)可以全部或部分地通过计算***500实施。因此，方法(400)可以至少部分地是计算机实施的方法，使得方法(400)中的至少一些步骤通过一个或多个计算装置(例如计算***500的示例性计算装置510)施行。指令510C可以是以任何合适的编程语言编写或者可以在硬件中实施的软件。附加地和/或替代地，指令510C可以在处理器510A上的逻辑和/或虚拟分离线程中执行。存储器装置510B可以进一步存储可以由处理器510A访问的数据510D。例如，数据510D可以包括模型，数据库等。
计算装置510还可以包括网络接口510E，该网络接口510E用于例如与***500的其他部件进行通信(例如，经由网络)。网络接口510E可以包括用于与一个或多个网络接口的任何合适的部件，包括例如发射机，接收机，端口，控制器，天线和/或其他合适的部件。一个或多个外部装置(例如远程计算***200(图2))可以被构造为从计算装置510接收一个或多个命令或数据，或向计算装置510提供一个或多个命令或数据。
本文讨论的技术参考了基于计算机的***以及由基于计算机的***采取的动作，以及发送到基于计算机的***的信息和来自基于计算机的***的信息。本领域的普通技术人员将认识到，基于计算机的***的固有灵活性允许部件之间和部件之中的任务和功能的多种可能的构造，组合和划分。例如，可以使用单个计算装置或组合工作的多个计算装置来实施本文讨论的处理。数据库，存储器，指令和应用可以在单个***上实施，或跨多个***分布。分布式部件可以顺序或并行操作。
尽管可以在一些附图中而不是在其他附图中示出各种实施例的特定特征，但这仅是为了方便。根据本公开的原理，可以结合任何其他附图的任何特征来参考和/或要求保护附图的任何特征。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或***以及施行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例包括与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。
本发明的进一步方面通过以下条项的主题提供：
1.一种用于检测传感器状态的控制***，所述控制***包括：传感器；一个或多个计算装置，所述一个或多个计算装置与所述传感器通信地联接，并具有一个或多个存储器装置和一个或多个处理装置，所述一个或多个存储器装置存储能够由所述一个或多个处理装置执行以施行操作的计算机可读指令，在施行所述操作时，所述一个或多个处理装置被构造为：从所述传感器接收指示感测到的参数的信号；至少部分地基于所接收的信号来确定所述信号的方差；通过将所确定的所述信号的方差与所述信号的预期方差进行比较来确定所述传感器的所述传感器状态；和响应于所确定的传感器状态而生成控制动作。
2.根据任何在前条项的控制***，其中，所述控制***能够操作以控制机器，并且其中，所述传感器状态是无响应状态和响应状态中的一种，并且其中，如果所述传感器状态被确定为处于所述无响应状态，在生成所述控制动作时，所述一个或多个处理装置被构造为：丢弃所接收的信号；和至少部分地基于次级控制输入而不是确定为无响应的所述信号来控制所述机器。
3.根据任何在前条项的控制***，其特征在于，其中，所述传感器是第一传感器，并且其中，所述次级控制输入是从第二传感器接收的第二信号和传感器模型中的一个。
4.根据任何在前条项的控制***，其特征在于，其中，所述一个或多个处理装置被构造为：接收指示感测到的参数的一个或多个信号；至少部分地基于所接收的指示所述感测到的参数的一个或多个信号，通过所述一个或多个计算装置的传感器模型来确定所述信号的所述预期方差。
5.根据任何在前条项的控制***，其中，在通过将所确定的所述信号的方差与所述信号的所述预期方差进行比较来确定所述信号的所述传感器状态时，所述一个或多个处理装置被构造为：至少部分地基于所确定的所述信号的方差和所述信号的所述预期方差来确定方差比；和确定所确定的方差比是否超过预限定阈值，并且其中，如果所确定的方差比超过所述预限定阈值，则所接收的信号被分类为无响应的，并且所述传感器状态被确定为处于所述无响应状态，并且如果所确定的方差比没有超过所述预限定阈值，则所接收的信号被分类为不是无响应的，并且所述传感器状态被确定为处于所述响应状态。
6.根据任何在前条项的控制***，其中，所述方差比通过以下限定：
Figure BDA0002415486120000221
其中，n是信号放大器，σM是与所述信号的所述预期方差相关联的标准偏差，并且σS是与所述信号的所述方差相关联的标准偏差。
7.根据任何在前条项的控制***，其中，所述预限定阈值是可变的。
8.根据任何在前条项的控制***，其中，所述控制***能够操作以控制机器，并且其中，所述一个或多个处理装置被构造为：接收指示所述机器的操作状态的一个或多个输入；至少部分地基于所接收的指示所述机器的所述操作状态的一个或多个输入来确定所述机器的所述操作状态；和至少部分地基于所确定的所述机器的操作状态来调节所述预限定阈值。
9.根据任何在前条项的控制***，其中，所述机器的所述操作状态与所述机器的健康状态相关联。
10.根据任何在前条项的控制***，其中，所述机器是燃气涡轮发动机，并且其中，所述燃气涡轮发动机被安装至飞行器，并且其中，所述燃气涡轮发动机的所述操作状态与所述燃气涡轮发动机的飞行状态相关联。
11.根据任何在前条项的控制***，其中，所述燃气涡轮发动机的操作状况是压力和温度中的至少一个。
12.一种检测传感器的传感器状态的方法，所述方法包括：通过一个或多个计算装置从所述传感器接收指示感测到的参数的信号；至少部分地基于所接收的信号，通过所述一个或多个计算装置来确定所述信号的方差；通过将所确定的所述信号的方差与所述信号的预期方差进行比较，通过所述一个或多个计算装置来确定所述传感器的所述传感器状态；和响应于所确定的所述传感器的传感器状态，通过所述一个或多个计算装置来生成控制动作。
13.根据任何在前条项的方法，其中，所述传感器状态是无响应状态和响应状态中的一种，并且其中，如果所述传感器状态被确定为处于所述无响应状态，则通过所述一个或多个计算装置来生成所述控制动作包括：丢弃所接收的信号；和至少部分地基于次级控制输入而不是所确定的信号来控制机器。
14.根据任何在前条项的方法，其中，如果所述传感器状态被确定为处于所述响应状态，则通过所述一个或多个计算装置来生成所述控制动作包括：至少部分地基于所接收的信号来控制所述机器。
15.根据任何在前条项的方法，其中，通过将所确定的所述信号的方差与所述信号的所述预期方差进行比较来确定所述传感器的所述传感器状态包括：至少部分地基于所确定的所述信号的方差和所述信号的所述预期方差来确定方差比；和确定所确定的方差比是否超过预限定阈值，并且其中，如果所确定的方差比超过所述预限定阈值，则所接收的信号被分类为无响应的，并且所述传感器状态被确定为处于所述无响应状态，并且如果所确定的方差比没有超过所述预限定阈值，则所接收的信号被分类为不是无响应的，并且所述传感器状态被确定为处于所述响应状态。
16.根据任何在前条项的方法，其中，所述方差比通过以下限定：
Figure BDA0002415486120000231
其中，n是信号放大器，σM是与所述信号的所述预期方差相关联的标准偏差，并且σS是与所述信号的所述方差相关联的标准偏差。
17.一种用于控制涡轮机的方法，包括：通过一个或多个计算装置接收信号；至少部分地基于所接收的信号，通过所述一个或多个计算装置来确定所述信号的方差；通过将所确定的所述信号的方差与所述信号的预期方差进行比较，通过所述一个或多个计算装置来确定所述信号是否是无响应的；和通过所述一个或多个计算装置来生成指示所接收的信号是否是无响应的输出。
18.根据任何在前条项的方法，其中，通过将所确定的所述信号的方差与所述信号的所述预期方差进行比较来确定所述信号是否是无响应的包括：至少部分地基于所确定的所述信号的方差和所述信号的所述预期方差来确定方差比；和确定所确定的方差比是否超过预限定阈值，并且其中，如果所确定的方差比超过所述预限定阈值，则通过所述一个或多个计算装置生成的所述输出指示所接收的信号是无响应的，并且其中，如果所确定的方差比没有超过所述预限定阈值，则通过所述一个或多个计算装置生成的所述输出指示所接收的信号是响应的。
19.根据任何在前条项的方法，其中，所述方差比通过以下限定：
Figure BDA0002415486120000232
其中，n是信号放大器，σM是与所述信号的所述预期方差相关联的标准偏差，并且σS是与所述信号的所述方差相关联的标准偏差。
20.根据任何在前条项的方法，其中，所述预限定阈值至少部分地基于所述涡轮机的操作状态而可变。

Claims (19)

1.一种用于检测传感器状态的控制***，其特征在于，所述控制***包括：
传感器；和
一个或多个计算装置，所述一个或多个计算装置与所述传感器通信地联接，并具有一个或多个存储器装置和一个或多个处理装置，所述一个或多个存储器装置存储能够由所述一个或多个处理装置执行以施行操作的计算机可读指令，在施行所述操作时，所述一个或多个处理装置被构造为：
从所述传感器接收指示感测到的参数的信号；
至少部分地基于所接收的信号来确定所述信号的方差；
通过将所确定的所述信号的方差与所述信号的预期方差进行比较来确定所述传感器的所述传感器状态；和
响应于所确定的传感器状态而生成控制动作，并且
其中，所述控制***能够操作以控制机器，并且其中，所述传感器状态是无响应状态和响应状态中的一种，并且其中，当所述传感器状态被确定为处于所述无响应状态时，在生成所述控制动作时，所述一个或多个处理装置被构造为：
丢弃所接收的信号；和
至少部分地基于次级控制输入而不是来自被确定为处于所述无响应状态的所述传感器的所述信号来控制所述机器。
2.根据权利要求1所述的控制***，其特征在于，其中，所述传感器是第一传感器，并且其中，所述次级控制输入是从第二传感器接收的第二信号和传感器模型中的一个。
3.根据权利要求1所述的控制***，其特征在于，其中，所述一个或多个处理装置被构造为：
接收指示感测到的参数的一个或多个信号；
至少部分地基于所接收的指示所述感测到的参数的一个或多个信号，通过所述一个或多个计算装置的传感器模型来确定所述信号的所述预期方差。
4.根据权利要求1所述的控制***，其特征在于，其中，在通过将所确定的所述信号的方差与所述信号的所述预期方差进行比较来确定所述信号的所述传感器状态时，所述一个或多个处理装置被构造为：
至少部分地基于所确定的所述信号的方差和所述信号的所述预期方差来确定方差比；和
确定所确定的方差比是否超过预限定阈值，并且
其中，如果所确定的方差比超过所述预限定阈值，则所接收的信号被分类为无响应的，并且所述传感器状态被确定为处于所述无响应状态，并且如果所确定的方差比没有超过所述预限定阈值，则所接收的信号被分类为不是无响应的，并且所述传感器状态被确定为处于所述响应状态。
5.根据权利要求4所述的控制***，其特征在于，其中，所述方差比通过以下限定：
Figure QLYQS_1
，其中，/>
Figure QLYQS_2
是信号放大器，/>
Figure QLYQS_3
是与所述信号的所述预期方差相关联的标准偏差，并且/>
Figure QLYQS_4
是与所述信号的所述方差相关联的标准偏差。/>
6.根据权利要求4所述的控制***，其特征在于，其中，所述预限定阈值是可变的。
7.根据权利要求6所述的控制***，其特征在于，其中，所述控制***能够操作以控制机器，并且其中，所述一个或多个处理装置被构造为：
接收指示所述机器的操作状态的一个或多个输入；
至少部分地基于所接收的指示所述机器的所述操作状态的一个或多个输入来确定所述机器的所述操作状态；和
至少部分地基于所确定的所述机器的操作状态来调节所述预限定阈值。
8.根据权利要求7所述的控制***，其特征在于，其中，所述机器的所述操作状态与所述机器的健康状态相关联。
9.根据权利要求7所述的控制***，其特征在于，其中，所述机器是燃气涡轮发动机，并且其中，所述燃气涡轮发动机被安装至飞行器，并且其中，所述燃气涡轮发动机的所述操作状态与所述燃气涡轮发动机的飞行状态相关联。
10.根据权利要求9所述的控制***，其特征在于，其中，所述燃气涡轮发动机的操作状况是压力和温度中的至少一个。
11.一种检测传感器的传感器状态的方法，其特征在于，所述方法包括：
通过一个或多个计算装置从所述传感器接收指示感测到的参数的信号；
至少部分地基于所接收的信号，通过所述一个或多个计算装置来确定所述信号的方差；
通过将所确定的所述信号的方差与所述信号的预期方差进行比较，通过所述一个或多个计算装置来确定所述传感器的所述传感器状态；和
响应于所确定的所述传感器的传感器状态，通过所述一个或多个计算装置来生成控制动作。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，其中，所述传感器状态是无响应状态和响应状态中的一种，并且其中，如果所述传感器状态被确定为处于所述无响应状态，则通过所述一个或多个计算装置来生成所述控制动作包括：
丢弃所接收的信号；和
至少部分地基于次级控制输入而不是所确定的信号来控制机器。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，其中，如果所述传感器状态被确定为处于所述响应状态，则通过所述一个或多个计算装置来生成所述控制动作包括：
至少部分地基于所接收的信号来控制所述机器。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，其中，通过将所确定的所述信号的方差与所述信号的所述预期方差进行比较来确定所述传感器的所述传感器状态包括：
至少部分地基于所确定的所述信号的方差和所述信号的所述预期方差来确定方差比；和
确定所确定的方差比是否超过预限定阈值，并且
其中，如果所确定的方差比超过所述预限定阈值，则所接收的信号被分类为无响应的，并且所述传感器状态被确定为处于所述无响应状态，并且如果所确定的方差比没有超过所述预限定阈值，则所接收的信号被分类为不是无响应的，并且所述传感器状态被确定为处于所述响应状态。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，其中，所述方差比通过以下限定：
Figure QLYQS_5
，其中，/>
Figure QLYQS_6
是信号放大器，/>
Figure QLYQS_7
是与所述信号的所述预期方差相关联的标准偏差，并且/>
Figure QLYQS_8
是与所述信号的所述方差相关联的标准偏差。
16.一种用于控制涡轮机的方法，其特征在于，包括：
通过一个或多个计算装置接收信号；
至少部分地基于所接收的信号，通过所述一个或多个计算装置来确定所述信号的方差；
通过将所确定的所述信号的方差与所述信号的预期方差进行比较，通过所述一个或多个计算装置来确定所述信号是否是无响应的；和
通过所述一个或多个计算装置来生成指示所接收的信号是否是无响应的输出，并且
其中，当所接收的信号是无响应的时，所述方法进一步包括：
丢弃所接收的信号；和
至少部分地基于次级控制输入而不是所接收的信号来控制所述涡轮机。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，其中，通过将所确定的所述信号的方差与所述信号的所述预期方差进行比较来确定所述信号是否是无响应的包括：
至少部分地基于所确定的所述信号的方差和所述信号的所述预期方差来确定方差比；和
确定所确定的方差比是否超过预限定阈值，并且
其中，如果所确定的方差比超过所述预限定阈值，则通过所述一个或多个计算装置生成的所述输出指示所接收的信号是无响应的，并且其中，如果所确定的方差比没有超过所述预限定阈值，则通过所述一个或多个计算装置生成的所述输出指示所接收的信号是响应的。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，其中，所述方差比通过以下限定：
Figure QLYQS_9
，其中，/>
Figure QLYQS_10
是信号放大器，/>
Figure QLYQS_11
是与所述信号的所述预期方差相关联的标准偏差，并且/>
Figure QLYQS_12
是与所述信号的所述方差相关联的标准偏差。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，其中，所述预限定阈值至少部分地基于所述涡轮机的操作状态而可变。
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