现场控制仪表的故障诊断与补偿容错控制系统

本文针对过程控制系统的实际问题,首先建立符合工业实际的多种传感器故障和执行器故障的合理描述模型,然后利用神经网络建模、自适应阈值方法研究了故障鲁棒检测与诊断问题,并设计了一种有效的工厂级主动补偿容错控制策略.     

一种改进的时滞不确定性系统鲁棒容错控制算法

研究了一类具有时滞不确定性系统的鲁棒容错控制问题,针对既有传感器失效,又有执行器失效的故障情形,通过引入一种无记忆的状态反馈控制器,基于Lyapunov稳定定理和运用线性矩阵不等式(LMI)的方法,给出了在传感器失效和执行器失效故障下具有鲁棒完整性的充分条件,并进行了证明。最后利用Matlab中的LMI工具箱进行了算例仿真,证实了这种设计方法的有效性和可行性,减少了当出现故障时需要先判断哪类故障的任务,为容错控制提供了便利。     

一类Neutral时滞系统的鲁棒故障检测方法

针对一类具有不确定输入的 Neutral时滞系统 ,应用 H∞ 控制理论和 L yapunov原理得到了系统的带记忆状态观测器的鲁棒故障检测方法。证明并给出了观测器对不确定性具有 L2 范数界的渐近稳定条件和增益阵设计的线性矩阵不等式(L MI)方法 ,同时使残差体现了对故障信号响应的灵敏度。仿真算例表明了该方法进行鲁棒故障检测的有效性。     

基于虚拟传感器的气体传感器故障诊断与恢复

对传感器进行故障检测与恢复,对提高系统可靠性是必须的。采用智能软方法可以有效地降低系统的成本。由于化学气体传感器之间具有信息冗余的特点,该文提出了利用神经网络构建虚拟传感器来实现化学气体传感器故障检测与恢复的新方法,该方法已用于一个人工嗅觉系统中,实验表明采用该方法可以方便地实现传感器故障的在线诊断与恢复。     

基于观测器的液压舵机鲁棒故障检测实验研究

针对液压舵机,提出了一基于简化模型观测器的鲁棒故障检测方法。该方法是基于观测器产生检测残差,通过鲁棒后置滤波器和自适应阈值逻辑来提高故障检测系统的鲁棒性和敏感性的。实验表明,该检测方法能快速有效地检测出舵机的小幅值突变和缓变故障。     

车用直驱轮毂电机传感器故障诊断

针对分布式驱动电动汽车直驱轮毂电机系统电流、转速传感器故障问题,研究传感器鲁棒故障检测与定位方法。考虑电机模型中含有未知输入和噪声,通过系统降阶的方式对未知输入进行解耦,采用卡尔曼滤波器(Kalman filter,简称KF)滤除解耦后子系统的白噪声,并设计最优未知输入观测器(unknown input observer,简称UIO)实现系统状态估计,得到了一种较强鲁棒性的残差产生器。采用极大似然比(generalized likelihood ratio,简称GLR)的方法评估残差信号并确定阈值,提出了一种传感器故障定位方法。台架实验结果表明,提出的基于最优UIO的传感器故障诊断方法能够实现电动汽车直驱电机系统传感器故障辨识与定位。     

温度传感器失效检测与恢复研究

针对机床热误差补偿系统中温度传感器故障问题,采用神经网络方法建立各温度传感器间关系模型,提出基于模型的温度传感器故障诊断方法,通过所建立的数学模型来恢复故障传感器数据。笔者给出了相关温度传感器数据神经网络模型的建立方法以及故障传感器检测的策略。仿真实验对比表明:在无传感器故障情况下热误差补偿系统可将20μm内机床热误差控制在1.66μm范围内,而当有传感器故障情况下机床热误差可控制在1.69μm内,相差无几。研究工作表明笔者所提出的传感器失效检测和恢复方法是可行的。     

故障程度鲁棒的滚动轴承智能诊断方法

本文中提出了一种基于共振滤波和包络小波包分解的鲁棒故障特征提取方法,首先对信号进行共振频带滤波,再对滤波信号的包络进行小波包分解并提取重构子带信号的标准偏差值作为特征向量。该方法考虑了包络信号能充分描述轴承局部故障引起循环冲击的特点,并利用支持向量机进行轴承故障类型自动识别。实验结果表明,该方法能有效地实现故障程度鲁棒的滚动轴承智能诊断,具有较高的诊断速率,效果优于传统滚动轴承诊断方法。     

四轮独立驱动EV侧向稳定性H∞鲁棒容错控制

为解决参数不确定性四轮独立驱动电动汽车发生执行器及传感器故障时车辆侧向稳定性控制问题,提出一种H_∞鲁棒容错控制方法。运用故障矩阵函数引入车辆连续性故障,建立了考虑执行器及传感器故障的二自由度车辆参数不确定性动力学模型。运用线性矩阵不等式求解方法设计车辆侧向稳定性H_∞鲁棒容错控制器,保证车辆动力学系统渐近稳定性及抗干扰能力,实现控制系统H_∞鲁棒性能满足给定的干扰衰减指标。搭建CarSim与MATLAB/Simulink联合仿真实验平台,验证控制器的有效性。仿真实验表明,所设计H_∞鲁棒容错控制器能有效提升了车辆的侧向稳定性及安全性,对车辆故障具有良好的容错控制能力。     

SOM神经网络在旋转机械故障诊断中的应用

研究和分析了自组织映射(SOM)神经网络的结构和算法,把SOM网络应用在旋转机械故障诊断中,利用振动传感器拾取振动信号,通过对时域、频域的分析来提取特征.通过对输入样本的"聚类",实现对故障的自动分类.这种故障的分类通过MATLAB更容易实现可视化的界面.仿真结果表明该方法可以对故障进行有效、准确地诊断,从而为旋转机械的故障诊断提供了一种新的途径.     

基于弹性支撑式体外凝血检测传感器 疲劳极限寿命评估方法

针对体外凝血检测传感器结构核心元件弹性支撑易遭受变形而引起传感器失效的关键问题,建立一种基于传感器疲劳寿命和断裂方式的可靠性寿命评估方法。本文根据体外凝血检测传感器工作原理及结构特点,对传感器可靠性进行失效分析,通过建立可靠性理论分析力学模型,推导由弹性支撑应变传递系数引起的凝血检测传感器极限传感寿命判断准则表达式,采用有限元分析法对弹性支撑进行谐响应分析,以传感器疲劳寿命第15等级作为失效阈值,提出基于传感器弹性支撑的极限传感寿命测试方法。利用本方法对双通道体外凝血检测传感器进行了1.08亿次应力疲劳实验,弹性支撑的螺旋弹片满量程相对有效误差分别为3.89%、3.79%、4.75%,按照4.5%为满量程相对误差分界线,结果表明该弹片已经到了应力寿命极限,其余两片均未达到安全阈值水平,所以传感器的疲劳寿命可靠性约为1.08亿次,与仿真数据基本吻合,验证了建立的体外凝血检测传感器极限传感寿命评估方法可以满足传感器失效分析的要求,为提升此类传感器的研制工艺提供核心技术。     

Modeling analysis and experimental study on the optical fiber hydrogen sensor based on Pd-Y alloy thin film

The failure of hydrogen sensor with palladium film is primarily the phase transition of PdH. To restrain this, a novel palladium and yttrium (Pd-Y) alloy film was prepared by the co-sputtering method and was used to design an optical fiber hydrogen sensor. A sensor model was established based on the optical film matrix method. The relationship between the reflectivity of the film and the hydrogen concentration was discussed. The experimental results show that this sensor is superior to the traditional sensor with Pd in shortening the response and recovery time, restraining drift, and promoting repeatability. The Pd-Y alloy film is an extremely promising material for detecting hydrogen.     

大视场双目视觉传感器现场标定方法

针对大视场视觉测量应用,分析了摄像机和双目视觉传感器的数学模型,提出了一种基于基线尺的大视场双目视觉传感器标定方法。在测量空间内任意多次摆放基线尺,两摄像机拍摄基线尺图像。利用基本矩阵及基线尺上两特征点之间距离的约束,采用线性解和非线性优化方法结合同时估计摄像机的内部参数以及双目视觉传感器的结构参数。该标定方法操作简单,标定效率高,无需初始参数即可估计双目立体传感器的全部参数。实验结果表明该方法在6000mm×4500mm的范围内可以达到0.06mm的测量精度,适合双目立体视觉传感器的现场标定。     

一种新型链式自重构机器人模块的设计

提出了一种新型链式自重构机器人模块的设计方法。该模块主要由移动机构、模块间的连接器、关节驱动机构、电力和驱动系统、通讯和控制系统以及感知系统组成,模块通过自重构后组成链式机器人,并能完成移动和越障的功能。对模块的设计主要采用了履带行走、形状记忆合金、谐波齿轮、传感器、集成控制芯片等技术,优化了模块的结构,提高了模块的性能。     

Research on force-sensing element's spatial arrangement of piezoelectric six-component force/torque sensor

This paper proposes a novel piezoelectric six-component force/torque sensor with four-point supporting structure, and makes research on force-sensing element's spatial arrangement of the novel sensor. Two kinds of different spatial arrangements are advanced, lozenge and square arrangement. The mathematical models are built and calculated. The influence on using performance of the two kinds of different spatial arrangements of the sensor is analyzed by FEM (ANSYS software). In order to investigate the validity of the proposed method, a prototype of piezoelectric six-component force/moment sensor is developed with two kinds of different spatial arrangements, and characteristic tests of the piezoelectric six-component force/moment sensor are performed. The test shows that both of the different spatial arrangement sensors could be used to measure six-component force/torque, but the square arrangement piezoelectric six-component force/moment sensor is more suitable for measurement of six-component force/torque on axis. The interference errors of square arrangement sensor are less than 5%, which are lower than those of the lozenge arrangement sensor. The natural frequencies in six directions are analyzed and discussed.     

航空发动机试验传感器温漂数据有效性验证

针对航空发动机在台架试车中出现的传感器温漂故障,提出了基于经验模式分解(EMD)和Hilbert变换的航空发动机传感器数据有效性验证方法。首先,介绍了航空发动机传感器常见的失效模式以及EMD分解和Hilbert变换方法,并将其引入航空发动机传感器信号分析领域;然后,利用该方法对传感器故障信号进行分解,提取航空发动机传感器故障信号特征,通过故障信号重构和残差向量分析判断故障的严重程度,将原始信号中的故障信号予以剔除;最后,重构有效的信息成分,实现对数据的有效性验证。实例计算与分析验证了该方法在航空发动机传感器温漂数据有效性验证方面是有效的。     

结构光视觉传感器通用现场标定方法

建立结构光视觉传感器通用数学模型,提出一种基于平面靶标的结构光视觉传感器结构参数标定新方法.在测量空间不同位置多次随意摆放平面靶标,结构光投射在靶标表面,摄像机拍摄靶标图像.利用靶标上特征点及对应的图像点求解靶标坐标系到摄像机坐标系的转换.根据靶标平面与图像平面之间的同射变换获得结构光标定点在靶标坐标系下的坐标,并统一到摄像机坐标系下,在此基础上拟合出结构光方程.该方法获得标定点效率高,能胜任点、线、曲面等任何模式结构光视觉传感器的现场标定.试验结果表明,该方法具有较高的标定精度.     

A novel magnetostrictive static force sensor based on the giant magnetostrictive material

In order to realize static force measuring and improve the sensitivity of magnetostrictive force sensor, a novel magnetostrictive static force sensor with giant magnetostrictive material rod is presented. A Hall sensor integrated in the sensor is used to measure magnetic flux density variation under force. A special structure surrounding Hall sensor is proposed to improve the sensitivity. The design method of the giant magnetostrictive force sensor is expounded firstly. The magnetic characteristics are analyzed by FEM. A model is developed based on the coupled linear magnetomechanical constitutive equations and the experimental result shows that the model is good at reflecting the force. The optimal bias magnetic field and sensitivity are studied through experiments. The sensor sensitivity is 6.14 times higher than that of the sensor which dose not have a stainless steel ring. The paper lays a foundation for the development of magnetostrictive force sensor with giant magnetostrictive material.     

声发射技术在压缩机故障检测中的应用

研究了声发射传感器在压缩机故障检测中的应用,对声发射检测和振动检测方法的异同进行了分析和比较,介绍了应用于压缩机故障检测的声发射传感器的结构原理,用自行开发的传感器进行了压缩机故障信号的检测分析。     

新型柱式称重传感器的研制

本文阐述了一款取得国家专利的新型柱式称重传感器的结构与设计方法,分析了与传统柱式称重传感器相比所改进的方面。新型柱式称重传感器的核心设计理念是更可靠、更精准、更方便。采用科学的失效分析方法,结合公司自主研究创新的知识产权专利内容,对同类产品的市场应用特点进行了大量分析,经多方验证,研制出能够满足高端衡器称重计量需要的本款称重传感器。