铁路信号联锁设备的故障诊断

信号联锁设备的故障诊断对铁路运输行车安全具有很大影响。故障诊断技术的优劣,直接影响信号设备的安全性、可靠性,危及行车安全,甚至导致行车事故。首先介绍了四类联锁设备故障诊断技术：传统故障诊断方法、基于信号处理的方法、基于解析模型的方法和人工智能的方法。其次,给出了故障诊断技术的典型应用,即故障处理流程图法、故障树分析法、故障诊断专家系统以及故障诊断与容错控制等。最后针对联锁设备的特点,提出了诊断领域存在的问题和未来的研究重点。     

变频器IGBT开路故障诊断及容错控制

变频器是目前最理想的交流传动设备,但其作为电力电子产品总是会出现一些问题和故障。本文针对变频器IGBT开路故障,提出了改进的IGBT开路故障诊断方法,从而在变频器发生IGBT—OCF后使变频器及时诊断出故障,隔离故障并重新配置系统后可使变频器在不停机的条件下继续容错控制运行。     

传感器故障诊断与分布式MPC容错控制

本文研究了针对传感器故障的诊断与分布式预测控制(ModelPredictiveControl,MPC)容错控制方案。首先,利用分布式卡尔曼滤波对系统状态进行估计,构建故障诊断残差,在残差发生器中引入残差信号,生成故障信号,对传感器故障进行诊断。然后,利用MPC在线求解控制器的特点,设计容错控制器。最后,针对分布式框架下的容错控制问题,开展数值仿真分析,表明该方案能够在保持所需控制性能的同时,降低传感器故障的影响。     

贝叶斯估值理论在小子样批次设备检测中的应用

本文针对机载无线电设备故障诊断定位率低的问题，提出利用先验故障信息指导批次定检的思想,通过研究批次定检设备的失效规律，运用贝叶斯理论估计小子样定检设备各模块的故障概率，并且提出了故障检测的4种指导方法．仿真试验结果表明可显著提高故障的一次定位准确率，减少故障查找时间，提高故障诊断效率．     

基于反步自适应技术的四旋翼无人机执行器故障问题研究

四旋翼无人机是一个具有多变量、强耦合、强非线性特性的欠驱动非稳定被控对象,快速准确地进行故障诊断对实现无人机安全飞行具有重要意义。基于Newton-Euler运动定理建立四旋翼无人机动力学方程,针对四旋翼无人机执行器故障基于反步法、Lyapunov理论结合自适应技术推导出自适应律,反解出滚转角、俯仰角的期望值,从而进行在线故障估计,取代用于故障重构的观测器,较好地实现执行器容错控制。通过仿真实验验证了本文所提的反步自适应容错控制方法的有效性。     

基于故障补偿思想的导弹执行机构主动容错控制研究

为了提高导弹姿态控制系统的飞行可靠性,提出了基于故障补偿思想的导弹执行机构主动容错控制方法。该方法充分研究了一类导弹所采用的"+"型布局火箭发动机执行机构的结构和功能特点,分析了执行机构故障模式及其影响,在此基础上提出了主动容错控制方案,并推导出在执行机构卡死故障和恒值偏差故障情况下基于故障补偿思想的容错控制算法。仿真结果表明,该方法具有良好的容错控制效果,克服了传统被动容错控制方法在适用范围上的局限性。     

基于自适应动态规划的一类非线性系统的容错控制器设计

针对存在执行器故障的一类仿射非线性系统,基于自适应动态规划方法,提出了一种新型的容错控制器。利用故障观测器估计执行器故障,并利用故障信息构建一个改进型的性能指标函数,将容错控制问题转化为最优控制问题。同时使用策略迭代(PI)算法,通过构造评价神经网络来求解HJB方程,获得近似最优容错控制律,并且基于李雅普诺夫函数,证明该容错控制器可以确保闭环系统渐近稳定。最后,通过仿真验证了该方法的有效性。     

基于预测模型切换的航发传感器主动容错控制

针对航空发动机传感器硬故障,基于模型预测控制(MPC)算法,提出了一种"隐性"判断传感器故障的主动容错控制(FTC)方法。首先,该方法建立包含正常模式以及传感器故障的预测模型库,然后,监控决策单元根据传感器测量值,选择与之最匹配的预测模型,并向切换单元下达切换指令,以此达到在线容错的目的。同时,对CMPASS-40K涡扇发动机进行了主动容错控制仿真,结果表明,监控决策机制能够在较短的时间内判断传感器故障,实现容错,而且该方法不仅能实现已知故障容错,还能实现未知故障容错。     

《故障诊断与容错控制》课程的实验教学系统设计

在介绍控制学科研究生课程《故障诊断与容错控制》的主要讲授内容基础上,结合学生需求和教学经验,设计了基于磁浮实验小车的悬浮系统故障诊断和容错控制实验系统,在介绍实验系统的原理、硬件和软件结构及其具体实现基础上,结合故障诊断、容错课程教学设计了综合实践环节。     

城市轨道交通系统中环境控制设备的故障监测与诊断技术

本文针对城市轨道交通系统中环境控制系统(ECS)的系统结构和控制设备进行了故障分析，并从设备选型、硬件及软件设计等方面提出了一套故障检测和故障诊断的解决方案。     

Fault tolerant real time control system for steer-by-wire electro-hydraulic systems

A steer-by-wire (SBW) control system is presented with emphasis on safety issues. The applications are in articulated vehicles such as the wheel type loaders, articulated trucks, and others. The electro-hydraulic (EH) power circuit is controlled by two embedded electronic control modules (ECM), the primary ECM and backup ECM. The two ECMs monitor each others condition. If one detects fault in the other, it takes over the control functions. There are two main control algorithms that run in the ECMs in real-time: the steering valve control algorithm and the failure detection algorithm. The valve control algorithm basically generates command signal to the steering valve based on operator steering column signal as well as other machine condition sensors.The failure detection algorithm implements a fault detection logic for both input sensors and output drivers, and flags the corresponding warning for to the operator, and take a predefined action depending on the type of the failure detected. A unique fault strategy organization is implemented by inspecting the failure behavior on both the component and the system levels. The failure detection algorithm also determines the most likely “good” sensor signal from a set of redundant sensors for each critical measurement. Based on these good sensors data, the steering control algorithm sends two output signals: the control signal to the steering EH circuit valve and the control signal to the steering wheel force feedback device (i.e. a brake or a motor) to give operator feedback about the steering conditions.Finite state machine (FSM) concept is used to design the fault handling algorithms for both the component level and the system level failure. The probability of the system being at normal steering state or at any other steering failure state is determined. Failure mode probabilities of steering system components are also determined.     

压电陶瓷定位系统电容传感器容错控制

针对压电陶瓷定位系统中电容传感器故障对定位精度的影响,对使用扩展卡尔曼滤波(EKF)进行容错控制的方法进行了研究。以传感器采样电路故障和掉电故障为对象,对三阶轨迹规划算法下电容传感器的EKF滤波公式进行了分析,提出以离散化迭代计算的EKF代替传统的将非线性系统线性化的方法。在压电陶瓷定位系统实验平台上,使用激光干涉仪作为测量基准,在传感器采样电路故障和掉电故障的情况下,实现了500μm行程,绝对精度小于3.5μm,误差小于0.7%的定位控制。结果表明,基于EKF的电容传感器容错控制可以有效减小传感器故障引起的控制误差,增加压电陶瓷定位系统的鲁棒性。     

基于配电自动化多层数据应用的配网多条线路同时跳闸故障分析

珠海某区域配电网线路发生故障后引起其他线路同时动作,故障分析难度较大.针对此类较为复杂的连锁故障情况,本文提出了基于配电自动化多层数据的故障分析查找方法,并针对一例该区域配电网连锁故障跳闸情况进行了分析,根据分析结果查找故障点,有效地定位了故障设备,并对单条线路发生故障时造成同段母线上其它线路同时连锁跳闸的现象进行了分析解释.针对此类配电网故障,珠海供电局研发了配网线路一体化故障控制终端设备,该设备可对配网线路故障情况下的电压、电流量进行录波,有效判断故障类型、地点以及保护动作是否为误动,为故障查找定位提供参考.     

计算机辅助生成控制系统故障树

有关故障树生成方法的研究已经成为故障树分析研究中的一个重要分支，故障树的完善程度将直接影响系统可靠性的定性分析和定量计算。因此，故障树及故障树自动生成方法的开发研究具有非常现实和极其广泛的应用价值。本文分析了已有的控制系统故障树生成方法特点，提出一种计算机辅助故障树生成方法。通过系统元件的逻辑关系对所建立的元件故障模式数据库的搜索生成系统的故障树。该方法给出了元件故障模式的建立、元件问的关联方法、控制回路模板的建立方法以及故障树自动生成算法。最后，结合一个复杂系统故障树的生成验证了该方法的可行性和有效性。     

一种基于Openstack的虚拟机高可用方案

针对Openstack的高可用性问题,目前大部分的研究都集中在控制节点的高可用上,对于虚拟机的高可用研究较少.已有的虚拟机高可用方案存在无法适应多种故障场景、无法针对单个虚拟机粒度进行故障处理等问题.本文提出了一种基于Openstack的虚拟机高可用方案,方案使用控制组件和代理服务组件,配合不同故障的检测逻辑,实现多种...     

飞行控制计算机余度管理策略研究

为满足系统可靠性指标的要求,采用了余度技术,研制了双通道余度飞行控制计算机.在该研究对象的基础上,进行了一种硬件冗余和软件管理的余度管理策略的研究和设计,提出了多余度信号监控表决算法、基于CAN总线的故障检测机制和系统重构与恢复的方法.故障注入实验表明,样例余度飞行控制计算机在遇到故障时能够实时检测出故障,诊断故障类型,并对故障进行处理,完成系统重构,提高了飞行控制系统的任务可靠性,保证无人机的飞行安全.     

Online multiple-model-based fault diagnosis and accommodation

While most research attention has been focused on fault detection and diagnosis, much less research effort has been devoted to failure accommodation. Due to the inherent complexity of nonlinear systems, most model-based analytical redundancy fault diagnosis and accommodation (FDA) studies deal with the linear systems, which are subjected to simple additive or multiplicative faults. This assumption has limited the effectiveness and usefulness in practical applications. In this paper, the online fault accommodation (FA) control problems under multiple catastrophic or incipient failures are investigated. The main interest is focused on dealing with the unanticipated component failures in the most general formulation. Through discrete-time Lyapunov stability theory, the sufficient conditions to guarantee the system online stability and to meet performance criteria under failures are derived. A systematic procedure for proper FA under the unanticipated failures is developed. The approach is to combine the control technique derived from discrete-time Lyapunov theory with the modern intelligent technique that is capable of self-optimization and online adaptation for real-time failure estimation. In addition, a complete architecture of FDA is proposed by incorporating the intelligent fault tolerant control strategy with a cost-effective fault detection scheme and a multiple-model based failure diagnosis process to efficiently handle the false alarms and the accommodation of both the anticipated and unanticipated failures in online situations. The simulation results, including a three-tank benchmark problem, substantiate the feasibility study of the proposed FDA framework and provide a promising potential to spin-off applications in industrial and aerospace engineering.     

面向航空环境的多时钟单粒子翻转故障注入方法

随着新型电子器件越来越多地被机载航电设备所采用,单粒子翻转(Single Event Upset, SEU)故障已经成为影响航空飞行安全的重大隐患。首先,针对由于单粒子翻转故障的随机性,该文对不同时刻发生的单粒子翻转故障引入了多时钟控制,构建了SEU故障注入测试系统。然后模拟真实情况下单粒子效应引发的多时间点故障,研究了单粒子效应对基于FPGA构成的时序电路的影响,并在线统计了被测模块的失效数据和失效率。实验结果表明,对于基于FPGA构建容错电路,采用多时钟沿三模冗余(Triple Modular Redundancy, TMR) 加固技术可比传统TMR技术提高约1.86倍的抗SEU性能;该多时钟SEU故障注入测试系统可以快速、准确、低成本地实现单粒子翻转故障测试,从而验证了SEU加固技术的有效性。     

配电房的常见故障及处理方法

为了保障配电房能够安全、可靠地正常运行,文中针对配电房常见的3大故障:电房三相故障、变压器故障及保护装置故障,提出了对应每项故障发生状况及处理方法。     

10kV配电网线路故障自动定位及监测系统

文章重点介绍了对10 kV配电网非接地系统的故障预警和故障定位的监测系统,利用安装在线路上的故障定位仪对故障电压和电流行波实现多点同步监测,通过GPRS网络将故障信息发送到控制中心,在GIS系统上标定故障地点,指示维护人员快速隔离故障,及时恢复供电。