基于CM-BiLSTM的APU排气温度预测模型APU exhaust gas temperature prediction model based on CM-BiLSTM
王坤;王琪琛;侯树贤;王力;
摘要(Abstract)：
排气温度(EGT)是表征辅助动力装置(APU)性能的重要指标,针对EGT长周期预测精度低、传统线性预测方法难预测等问题,以长短期记忆网络(LSTM)模型为基础,提出CM-BiLSTM模型对APU未来时刻EGT进行预测。首先,采用基于相关系数矩阵(CM)的方法对APU主要性能参数进行特征选择,提取出与EGT相关性最高的参数,即转速,并以此构建训练集、测试集和验证集;然后,将转速和EGT数据归一化处理后输入CM-BiLSTM网络进行训练;最后,将验证集输入模型进行预测,预测结果经过反归一化后输出最终EGT的预测值。实验结果表明,CM-BiLSTM模型输出的EGT预测值能够较好地逼近真实值,CM-BiLSTM模型预测结果的平均绝对误差与均方根误差均低于LSTM和CM-LSTM模型,有效提高了预测精度。
关键词(KeyWords)： 辅助动力装置;排气温度;预测建模;CM-BiLSTM;参数提取;误差分析
基金项目(Foundation): 国家自然科学基金(U1733119);国家自然科学基金青年基金(61603395);; 中央高校基本科研业务费项目中国民航大学专项(3122018C001)
作者(Author): 王坤;王琪琛;侯树贤;王力;
Email:
DOI: 10.16652/j.issn.1004-373x.2021.04.008
参考文献(References)：
- [1]成本林，李建中，温泉，等.波转子对小型燃气涡轮发动机性能的影响[J].南京航空航天大学学报，2012,44(4):431-437.
- [2]BAGNOLI F,BERNABEI M,CILIBERTO A.Failure analysis of an aircraft auxiliary power unit air intake door[J].Engineering failure analysis,2010,18(1):284-294.
- [3]葛恩顺，李庆民，张光宇，等.考虑不完全维修的劣化系统最优视情维修策略[J].航空学报，2013,34(2):316-324.
- [4]孟宏鹏.基于机器学习的飞行器舵面系统故障诊断研究[D].南京：南京航空航天大学，2017.
- [5]王亚妮，高功强，蔡明科.基于多元回归分析的宝鸡市区地下水位动态预报[J].水利与建筑工程学报，2010,8(5):101-102.
- [6]杨云莹，任玉珑，段锴.基于虚拟变量与时间序列法的电量需求预测[J].电力需求侧管理，2011,13(5):17-20.
- [7]李广源，花向红，韩浩然，等.一种变系数的ARIMA和GM(1,1）组合高铁沉降预测模型[J].测绘地理信息，2019(6):110-113.
- [8]李霄，王昕，郑益慧，等.基于改进最小二乘支持向量机和预测误差校正的短期风电负荷预测[J].电力系统保护与控制，2015,43(11):63-69.
- [9]MáRCIO C M,ZIO E,LINS I D,et al.Failure and reliability prediction by support vector machines regression of time series data[J].Reliability engineering and system safety,2011,96(11):1527-1534.
- [10]皮骏，马圣，张奇奇，等.基于改进果蝇算法优化的GRNN航空发动机排气温度预测模型[J].航空动力学报，2019(1):8-17.
- [11]陈庆贵，李洪伟，李明，等.基于径向基过程神经网络的航空发动机排气温度预测[J].兵器装备工程学报，2019,40(6):154-157.
- [12]付旭云，陕振勇，李臻，等.时变模糊神经网络及其在航空发动机排气温度预测中的应用[J].计算机集成制造系统，2014,20(4):919-925.
- [13]曾慧洁，郭建胜.双向LSTM神经网络的航空发动机故障预测[J].空军工程大学学报（自然科学版），2019,20(4):26-32.
- [14]王鑫，吴际，刘超，等.基于LSTM循环神经网络的故障时间序列预测[J].北京航空航天大学学报，2018,44(4):772-784.
- [15]TAKAHASHI S.A study on multi relation coefficient among variable (management systems engineering)[J].Proceedings of the School of Information Technology&Electronics Tokai University,2004,4:67-72.
- [16]谢明文.关于协方差、相关系数与相关性的关系[J].数理统计与管理，2004(3):33-36.
- [17]李丹，贾桂敏，程方圆，等.陆空通话复诵语义自动化校验BiLSTM模型[J].信号处理，2019,35(1):57-64.
- [18]陈伟，吴友政，陈文亮，等.基于BiLSTM-CRF的关键词自动抽取[J].计算机科学，2018,45(z1):91-96.