|
DOI: 10.14489/vkit.2026.09.pp.012-021
Скрябин А. В., Вересников Г. С., Гончаренко В. И., Авхименко Г. М., Мостовой Д. Н., Баженов С. Г., Анимица О. В., Лазурин Г. А., Воронин А. Ю., Ерофеев Е. В., Феденюк В. А., Тимофеева А. Д., Стеблинкин А. И.
РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ ДАННЫХ РЕСУРСНЫХ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА
(с. 12-21)
Аннотация. Цель работы – создание информационного обеспечения автоматизированной системы формирования данных, необходимых для построения алгоритмов предиктивной диагностики технического состояния электромеханического исполнительного механизма органа управления летательного аппарата. Разработанное информационное обеспечение включает методы формирования данных и информационные модели, эффективность которых в комплексе была подтверждена при проведении ускоренных ресурсных испытаний. Методы получения структурированных данных, связанных с реальными процессами деградаций, заключаются в отработке серии сеансов испытаний, соответствующих тестовым и эксплуатационным режимам функционирования, и получении групп статических и динамических характеристик, определяющих техническое состояние исполнительного механизма. Информационные модели описывают автоматизированный процесс обмена данными с источниками диагностической информации и обеспечивают управление, гибридное формирование и синхронизацию данных с использованием сигналов, штатной телеметрии исполнительного механизма, а также с дополнительными датчиками и специализированными устройствами с собственным контроллером. Информационное обеспечение служит основой автоматизированного воспроизведения серий экспериментов на основе предложенных методов формирования данных: при отработке автономного режима работы и полунатурного режима работы в замкнутом контуре с моделью объекта и его системой управления в реальном времени. С использованием разработанного информационного обеспечения создан прототип автоматизированной системы формирования данных, включающий монитор линии обмена данными с исполнительным механизмом, датчики параметров рабочих процессов, устройства согласования сигналов и встроенное программное обеспечение. Обеспечена регистрация показаний разнородных датчиков: позиционных, механических, электрических, тепловых и виброакустических. В стендовых условиях на основе этого информационного обеспечения проведены ресурсные испытания с доведением до отказа четырех однотипных образцов исполнительных механизмов. В результате сформированы структурированные массивы данных, которые предлагается использовать для создания интеллектуальных алгоритмов диагностики технического состояния, подтвержденных эмпирическим опытом исследования процессов деградаций, для формирования интерпретируемых эксплуатационных решений в отношении исполнительных механизмов систем управления.
Ключевые слова: предиктивная диагностика; электромеханический привод; ресурсные испытания; сбор данных; машинное обучение.
Skryabin A. V., Veresnikov G. S., Goncharenko V. I., Avhimenko G. M., Mostovoy D. N., Bazhenov S. G., Animitsa O. V., Lazurin G. A., Voronin A. Yu., Erofeev E. V., Fedenyuk V. A., Timofeeva A. D., Steblinkin A. I.
DEVELOPMENT OF INFORMATION SUPPORT FOR AN AUTOMATED SYSTEM FOR GENERATING DATA ON ELECTROMECHANICAL ACTUATOR LIFECYCLE TESTS
(pp. 12-21)
Abstract. The objective of this study is to develop information support for an automated system for generating data necessary for constructing algorithms for predictive diagnostics of the aircraft's electromechanical actuator technical condition. The developed information support incorporates data generation methods and information models, the effectiveness of which has been confirmed in combination during accelerated endurance testing. Methods for obtaining structured data related to nature degradation processes involve running a series of test sessions corresponding to test and operational operating modes and obtaining groups of static and dynamic characteristics that determine the technical condition of the actuator. The information models describe the automated process of data exchange with diagnostic information sources and provide control, hybrid generation, and data synchronization using signals, standard actuator telemetry, as well as additional sensors and specialized devices with their own controller. The software serves as the basis for automated replication of experimental series based on the proposed data generation methods: during autonomous operation and semi-naturalistic closed-loop operation with a model of the facility and its control system in real time. Using the developed software, a prototype automated data generation system was created, including a monitor for data exchange with the actuator, process parameter sensors, signal conditioning devices, and embedded software. Data from various sensors is recorded: positional, mechanical, electrical, thermal, and vibroacoustic. Using the developed software, endurance tests were conducted under bench conditions, with four identical actuator samples brought to failure. As a result, structured data arrays were generated, which are proposed for use in creating intelligent algorithms for technical condition diagnostics, confirmed by empirical experience in studying degradation processes, for the formation of interpretable operational decisions regarding the control system actuators.
Keywords: Predictive diagnostics; Electromechanical actuator; Life tests; Data acquisition; Machine learning.
А. В. Скрябин, Г. С. Вересников, В. И. Гончаренко, Г. М. Авхименко, Д. Н. Мостовой (Институт проблем управления им. В. А. Трапезникова Российской академии наук, Москва, Россия) E-mail:
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
С. Г. Баженов, О. В. Анимица, Г. А. Лазурин, А. Ю. Воронин,Е. В. Ерофеев, В. А. Феденюк, А. Д. Тимофеева, А. И. Стеблинкин (Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. Жуковского, Жуковский, Московская обл., Россия)
A. V. Skryabin, G. S. Veresnikov, V. I. Goncharenko, G. M. Avhimenko, D. N. Mostovoy (V. A. Trapeznikov Institute of Control Sciences of Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia) E-mail:
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
S. G. Bazhenov, O. V. Animitsa, G. A. Lazurin, A. Yu. Voronin, E. V. Erofeev, V. A. Fedenyuk, A. D. Timofeeva, A. I. Steblinkin (Central Aerohydrodynamic Institute named after Professor N.E. Zhukovsky, Zhukovsky, Moscow region, Russia)
1. Valeev S., Kondratyeva N. The Air Transportation System as a Subsystem of Modern Communication Space: Analysis Based on Transfer Entropy Graphs // Appl. Sci. 2024. Vol. 14, No. 23. Art. 11291. DOI: 10.3390/app142311291
2. Самойлов Д. В., Желтов С. Ю., Косьянчук В. В. Беспилотные летательные аппараты для умного города // Полет. Общероссийский научно-технический журнал. 2020. № 11. С. 11–20.
3. Евдокименков В. Н., Ким Р. В., Воронов А. А., Векшина А. Б. Интегральная оценка текущего технического состояния бортовых систем самолета на основе их эталонных образов // Труды МАИ. 2014. № 77. 22 с.
4. A review of fault diagnosis, prognosis and healt management for aircraft electromechanical actuators / Z. Yin, N. Hu, J. Chen et al. // IET Electric Power applications. 2022. Vol. 16. P. 1249–1272. DOI: 10.1049/elp2.12225
5. Antoniazzi F.C., Pereira Sarmento A.G., Villani E. Fault detection for an aircraft rudder // Proceedings of 34th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences (ICAS 2024). 9–13 September 2024. Florence, Italy. 9 p.
6. Romanova I. K. Applying Intelligent Data Analysis Technologies for Detecting Damages to UAVs // AIP Conference Proceedings. 2022. Vol. 2383. P. 030004-1-030004-8. DOI: 10.1063/5.0074541
7. Лапин А. В., Зыбин Е. Ю. О практической реализации управления, реконфигурированного непараметрическим методом и обеспечивающего достижимую динамику полета воздушного судна при отказах приводов // Сб. тезисов 5-й Всероссийской научно-технической конференции «Моделирование авиационных систем». 27–28 ноября 2024. Москва, Россия. С. 74–77.
8. Перспективы развития систем рулевых приводов комплексов управления полетом самолетов / Редько П. Г., Алексеенков А. С., Константинов С. В. и др. // Известия тульского государственного университета. Технические науки. 2023. № 7. С. 311–322.
9. Алгоритм синхронизации системы управления многоканального электромеханического рулевого привода / Кузнецов В. Е., Лукичев А. Н., Нгуен Д. Х. и др. // Электротехника. 2024. № 3. С. 48–56.
10. Weber G., Dreyer N., Immler T. Preparing electric actuation technology for upcoming applications // Proceedings of International conference on More Electric Aircraft (MEA 24), 7–8 February 2024. Toulouse, France. 5 p.
11. Deep Learning-Based Robust Actuator Fault Detection and Isolation Scheme for Highly Redundant Multirotor UAVs / Y. Debele, H.-Y. Shi, A. Wondosen et al. // Drones. 2023. Vol. 7. Art. 437. DOI: 10.3390/drones7070437
12. Hassan A. H., Lambert-Lacroix S., Pasqualini F. Real-time fault detection in semiconductor using one-class support vector machines // International Journal of Computer Theory and Engineering. 2015. Vol. 7(3). P. 191–196. DOI: 10.7763/IJCTE.2015.V7.955
13. Comparative analysis of machine learning algorithms for heat exchangers diagnosis in electrified aircraft / D. F. Migliore, G. D’Alessio, S. Caggese, et al. // Proceedings of 34th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences (ICAS 2024). 9–13 September 2024. Florence, Italy.
14. Contribution of machine learning techniques for the recognition of arc faults in aviation: case of DC serial arcs / R. Carreira Rufato, T. Ditchi, C. Van de Steen et al. // Proceedings of International conference on More Electric Aircraft (MEA 24). 7–8 February 2024. Toulouse, France.
15. Dalla Vedova M.D.L., Berri P.-C. Optimization techniques for prognostics of on-board electromechanical servomechanisms affected by progressive faults // International Review of Aerospace Engineering (I.RE.AS.E). 2019. Vol. 12. No. 4. P. 160 170. DOI: 10.15866/irease.v12i4.17356
16. Bodden D.S., Clements N.S., Schley B., Jen-ny G. Seeded Failure Testing and Analysis of an Electro Mechanical Actuator // IEEE Aerospace Conference. 3–10 March 2007. Big Sky, MT, USA. P. 1–8. DOI: 10.1109/AERO.2007.352880
17. Van Der Linden F. Gear test rig for health and quasi static- and dynamic testing; design, construction and first results // Proc. of the International Gear Conference, Lyon, 2014. P. 976–985.
18. Airborne electro-mechanical actuator test stand for development of prognostic health management systems / E. Balaban, A. Saxena, S. Narasimhan, et al. // Annual Conference of the PHM Society. Vol. 2(1). 2010. DOI: 10.36001/phmconf.2010.v2i1.1804
19. Скрябин А. В., Стеблинкин А. И. Методы экспериментальных исследований при воспроизведении ускоренного развития деградаций редуктора электромеханического рулевого привода летательного аппарата // Вестник МГТУ имени Н. Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2024. № 3(150). C. 101–117. EDN: IMBAGZ
20. Результаты моделирования работы резервированных электромеханических приводов летательных аппаратов / С. Л. Самсонович, Н. Б. Рожнин, А. П. Ларин и др. // Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. № 11. С. 376–385.
21. Белоконь С. А., Золотухин Ю. Н., Филиппов М. Н. Архитектура комплекса полунатурного моделирования систем управления летательными аппаратами // Автометрия. 2017. Т. 53, № 4. С. 44–50.
22. Норинская И. В., Спирин А. А., Шабашов А. А. Имитационное моделирование рулевого привода в составе адаптивной системы стабилизации беспилотного летательного аппарата // Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. № 10. С. 80–89.
23. Erofeev E., Skryabin A., Steblinkin A., Khaletskiy L. Methodologies and test-rig configurations for the experimental improvement of flight control actuation systems // Recent Advances in Aerospace Actuation Systems and Component 2018 Conference proceedings, Toulouse, France. 2018. З. 109–116.
24. Разработка методики и средств проведения ресурсных испытаний для построения системы ранней диагностики технического состояния электромеханического рулевого привода беспилотного воздушного судна / С. Г. Баженов, Г. С. Вересников, А. В. Голев и др. // Управление большими системами: сб. тр. 2024. Вып. 111. С. 286–305.
1. Valeev, S., & Kondratyeva, N. (2024). The air transportation system as a subsystem of modern communication space: Analysis based on transfer entropy graphs. Applied Sciences, 14(23), Article 11291. https://doi.org/10.3390/app142311291
2. Samoylov, D. V., Zheltov, S. Yu., & Kosyanchuk, V. V. (2020). Unmanned aerial vehicles for smart city. Polet. Obshcherossiyskiy nauchno-tekhnicheskiy zhurnal, (11), 11–20. [in Russian language].
3. Evdokimenkov, V. N., Kim, R. V., Voronov, A. A., & Vekshina, A. B. (2014). Integral assessment of the current technical condition of aircraft onboard systems based on their reference patterns. Trudy MAI, (77). [in Russian language].
4. Yin, Z., Hu, N., Chen, J., et al. (2022). A review of fault diagnosis, prognosis and health management for aircraft electromechanical actuators. IET Electric Power Applications, 16, 1249–1272. https://doi.org/10.1049/elp2.12225
5. Antoniazzi, F. C., Pereira Sarmento, A. G., & Villani, E. (2024). Fault detection for an aircraft rudder. In Proceedings of the 34th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences (ICAS 2024). Florence, Italy.
6. Romanova, I. K. (2022). Applying intelligent data analysis technologies for detecting damages to UAVs. AIP Conference Proceedings, 2383, 030004-1-030004-8. https://doi.org/10.1063/5.0074541
7. Lapin, A. V., & Zybin, E. Yu. (2024). On the practical implementation of control reconfigured by a nonparametric method and ensuring achievable flight dynamics of an aircraft in case of actuator failures. In Collection of abstracts of the 5th All Russian Scientific and Technical Conference "Modeling of Aviation Systems" (pp. 74–77). Moscow, Russia. [in Russian language].
8. Redko, P. G., Alekseenkov, A. S., Konstantinov, S. V., et al. (2023). Prospects for the development of steering actuator systems for aircraft flight control systems. Izvestiya tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki, (7), 311–322. [in Russian language].
9. Kuznetsov, V. E., Lukichev, A. N., Nguyen, D. H., et al. (2024). Synchronization algorithm for the control system of a multi channel electromechanical steering actuator. Elektrotekhnika, (3), 48–56. [in Russian language].
10. Weber, G., Dreyer, N., & Immler, T. (2024). Preparing electric actuation technology for upcoming applications. In Proceedings of the International Conference on More Electric Aircraft (MEA 24). Toulouse, France.
11. Debele, Y., Shi, H. Y., Wondosen, A., et al. (2023). Deep learning based robust actuator fault detection and isolation scheme for highly redundant multirotor UAVs. Drones, 7, Article 437. https://doi.org/10.3390/drones7070437
12. Hassan, A. H., Lambert Lacroix, S., & Pasqualini, F. (2015). Real time fault detection in semiconductor using one class support vector machines. International Journal of Computer Theory and Engineering, 7(3), 191–196. https://doi.org/10.7763/IJCTE.2015.V7.955
13. Migliore, D. F., D’Alessio, G., Caggese, S., et al. (2024). Comparative analysis of machine learning algorithms for heat exchangers diagnosis in electrified aircraft. In Proceedings of the 34th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences (ICAS 2024). Florence, Italy.
14. Carreira Rufato, R., Ditchi, T., Van de Steen, C., et al. (2024). Contribution of machine learning techniques for the recognition of arc faults in aviation: Case of DC serial arcs. In Proceedings of the International Conference on More Electric Aircraft (MEA 24). Toulouse, France.
15. Dalla Vedova, M. D. L., & Berri, P.-C. (2019). Optimization techniques for prognostics of on board electromechanical servomechanisms affected by progressive faults. International Review of Aerospace Engineering, 12(4), 160–170. https://doi.org/10.15866/irease.v12i4.17356
16. Bodden, D. S., Clements, N. S., Schley, B., & Jenny, G. (2007). Seeded failure testing and analysis of an electro mechanical actuator. In IEEE Aerospace Conference (pp. 1–8). Big Sky, MT, USA. https://doi.org/10.1109/AERO.2007.352880
17. Van Der Linden, F. (2014). Gear test rig for health and quasi static and dynamic testing; design, construction and first results. In Proceedings of the International Gear Conference (pp. 976–985). Lyon.
18. Balaban, E., Saxena, A., Narasimhan, S., et al. (2010). Airborne electro mechanical actuator test stand for development of prognostic health management systems. Annual Conference of the PHM Society, 2(1). https://doi.org/10.36001/phmconf.2010.v2i1.1804
19. Skryabin, A. V., & Steblinkin, A. I. (2024). Methods of experimental research in reproducing accelerated development of degradation of the gearbox of an electromechanical steering actuator of an aircraft. Vestnik MGTU imeni N. E. Baumana. Ser. Mashinostroenie, (3), 101–117. [in Russian language].
20. Samsonovich, S. L., Rozhnin, N. B., Larin, A. P., et al. (2021). Results of modeling the operation of redundant electromechanical actuators of aircraft. Izvestiya TulGU. Tekhnicheskie nauki, (11), 376–385. [in Russian language].
21. Belokon, S. A., Zolotukhin, Yu. N., & Filippov, M. N. (2017). Architecture of a hardware-in-the-loop simulation complex for aircraft control systems. Avtometriya, 53(4), 44–50. [in Russian language].
22. Norinskaya, I. V., Spirin, A. A., & Shabashov, A. A. (2021). Simulation modeling of a steering actuator as part of an adaptive stabilization system of an unmanned aerial vehicle. Izvestiya TulGU. Tekhnicheskie nauki, (10), 80–89. [in Russian language].
23. Erofeev, E., Skryabin, A., Steblinkin, A., & Khaletskiy, L. (2018). Methodologies and test rig configurations for the experimental improvement of flight control actuation systems. In Recent Advances in Aerospace Actuation Systems and Component 2018 Conference Proceedings (pp. 109–116). Toulouse, France.
24. Bazhenov, S. G., Veresnikov, G. S., Golev, A. V., et al. (2024). Development of methods and means for conducting endurance tests to build a system for early diagnostics of the technical condition of an electromechanical steering actuator of an unmanned aerial vehicle. In Upravlenie bol'shimi sistemami: Sbornik trudov, (111), 286–305. [in Russian language].
|
Архив номеров
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»