基于小波包—灰色神经网络的机电作动系统故障预测

针对健康状态难以预测的机电作动系统,提出一种基于小波包—灰色神经网络的机电作动系统故障预测方法;该方法利用小波包分解对机电作动系统的故障特征进行提取,利用灰色GM(1,1)模型对提取出的12种不同故障模式下的频带值进行预测,并作为神经网络的输入,采用BP三层结构,通过验证取隐含层数为10进行训练,预测结果相对误差只有-0.014 6,取得了较好的预测效果;仿真结果表明:小波包—灰色神经网络方法在机电作动系统故障预测中具有一定的有效性。     

基于键图的机电作动系统的建模与仿真

多电/全电飞机的关键技术之一就是飞控系统中的机电作动系统设计.在Ghosh和Bhadra所建立的电机键合图模型基础上,根据机电作动系统的原理和结构,应用功率键合图理论对机电作动系统各部件进行了研究,在此基础上建立起了机电作动系统的统一扩展键合图模型,并利用现有键合图软件对系统进行了仿真和分析.仿真结果符合预期的设计要求...     

飞控系统神经网络故障模式分类方法研究

无人机自主飞行需要高可靠性的飞行控制系统,针对系统进行故障模式分类可提高系统的可靠性.传统的故障诊断方法难以解决无人机的高维、非线性和不确定输出等问题,不利实时诊断.为了实时进行故障诊断,保证系统安全性能,提出一种改进的神经网络故障模式分类算法以克服上述问题,首先采用改进的共轭梯度优化算法进行BP神经网络学习,以改进网络收敛性能,改进算法分别对无人机飞行控制系统执行器、传感器和系统故障进行故障模式分类.用某无人机纵向自动驾驶仪系统进行仿真验证,结果表明算法结构简单,可以进行实时故障识别,保证系统的可靠性.     

基于EMD方法的机电作动系统故障特征提取

提出基于经验模式分解(EMD)分析的特征提取方法,该方法自适应地将故障信号分解为不同频段上的基本模式分量(IMF)之和,由于只有少数IMF对故障敏感,从而可以有效提取故障特征。实验结果表明该方法可有效提取电机早期隐性故障特征,为飞机机电作动系统的故障预测和健康评估提供必要的前期准备。     

神经网络在控制系统故障诊断中的应用研究

飞行控制系统的故障诊断是保证飞行安全的重要手段.研究飞控系统的安全问题,针对飞控系统的非线性和复杂性,采用传统解析方法不能识别飞控系统故障的非线性特征,导致故障诊断准确率低的难题.为了提高故障诊断准确率,提出一种RBF神经网络观测器的故障检测与诊断方法.利用神经网络的非线性建模能力,把飞控系统中输入和输出信号作为神经网络输入与输出,通过神经网络的在线学习,得到需要的参数估计,根据网络预测值和实际输出之差与设定故障阈值的大小比较来判断故障.最后针对实际飞机的作动器三种典型故障建立仿真模型,给出了仿真实现结果,并加以分析.仿真结果表明,方法的故障诊断能力及泛化性均强于传统的解析方法,在故障诊断中很有实用价值.     

飞行姿态控制系统半物理仿真平台开发

飞行姿态控制系统作为飞机姿态控制的重要组成部分，对飞机起降、空中姿态调整具有重要影响。为快速建立液压作动系统数值计算模型、飞行员操纵及控制单元、舵面及起落架演示单元等实验实物环节，基于 Automation Studio液压设计及仿真专用软件，设计与开发了某型飞机飞行姿态控制系统的半物理仿真实验平台。给出了飞行姿态控制系统半物理仿真平台软总体方案、硬件组成、工作原理及开发和实验流程。最后，以飞机方向舵为例，开发了包括液压油油箱、液压马达、控制阀门、作动筒及管道、溢流阀、限位开关等装置的数值计算模型，液压阀位置数字PID调节器，结合舵面及其加载演示系统PLC控制程序，配合现场人员的实际操控动作，开展了方向舵液压作动随动控制系统半物理仿真实验研究，试验并分析了飞机机翼液压作动系统位置随动过程中的运行工况，并记录关键的实验数据曲线，为飞行姿态控制系统研究提供了一种直观的仿真及分析实验方法。     

基于RSPNN的制粉系统故障诊断

针对发电厂制粉系统故障与征兆对应关系复杂及过程信息的不确定性及传统BP神经网络故障诊断的缺点,提出了基于粗糙集概率神经网络(RSPNN)的制粉系统故障诊断方法,以改善传统BP神经网络初始值敏感、易使学习过程陷入局部极小值以及样本数据过大时训练速度慢等问题。首先采用自组织映射神经网络(SOMNN)对连续样本数据进行离散化;再利用基于区分矩阵的HORAFA算法对离散化样本数据进行RS属性约简,并将约简结果作为概率神经网络(PNN)的输入;最后利用PNN作为诊断决策分类器,输出故障模式,并进行了仿真研究。仿真结果表明,该方法不仅优化神经网络的拓扑结构,降低神经网络的训练时间,而且能准确、快速地诊断制粉系统故障类型,同时对发电厂制粉系统及其相关设备的在线故障诊断问题有一定启发性。     

矢量推力机电作动控制系统优化方法研究

随着导弹、火箭等特殊飞行器的机动性需求日益提高,矢量推力控制技术变得十分重要。但矢量推力机电作动系统是高阶、大惯量对象,因此其控制器参数的整定较为困难,且整定效果往往不够理想。针对上述问题,考虑到粒子群优化(PSO)算法全局寻优能力强、算法简单、易于实现等特点,采用PSO算法来优化控制器参数(控制增益)。对典型的飞行器矢量推力机电作动系统进行了研究,并建立了其数学模型。将控制增益整定等效为优化问题,采用PSO算法优化控制器参数。对优化后的矢量推力机电作动控制系统进行仿真,结果表明,该闭环系统单位阶跃响应的调节时间小于1 s、超调量为0.505%,同时喷管转动可以快速且准确地跟踪位置指令信号。仿真结果表明,优化后的控制器对该作动系统的控制效果良好,也验证了应用PSO算法解决控制优化问题的可行性。     

液压伺服作动系统力纷争敏感度及机理研究

液压伺服作动系统存在的力纷争问题会引起作动系统性能下降、飞机舵面结构疲劳,影响飞机安全。为解决上述问题,建立了考虑较完整电液伺服阀模型以及飞机舵面结构参数的并联作动系统数学模型,提出了对液压伺服作动系统力纷争关键敏感参数及形成机理的研究方法。将潜在影响力纷争的因素整合为控制器参数、电液伺服阀参数、作动系统结构参数、气动力参数四类,并研究了各类参数变化对力纷争的影响。结果表明,控制器参数和电液伺服阀参数是影响力纷争的关键因素,此外,通过对伺服阀位移、作动器位移/速率和力纷争之间作用关系和影响模式的研究,找到控制器差异和伺服阀差异形成力纷争的不同机理。分析结果对液压伺服作动器的设计及力纷争的解决提供了理论依据。     

飞控系统故障告警实时监控软件的设计与实现

为了对某型直升机电传飞行控制系统故障进行实时安全监控,降低试飞风险,分析了该系统的故障告警类型、故障判断方法和故障告警形式,根据飞行控制系统在飞行试验过程中的监控需求,以Labview为软件开发平台,开发了故障告警实时监控软件,以故障灯和文本信息显示的方式实现了对飞行控制系统各类型故障分等级实时监控与预警,并对软件实现方法进行了详细说明。在实际的飞行试验任务中,此软件能准确、可靠地实时监控到故障告警信息,完全满足飞行试验对飞控系统故障实时安全监控的需求。     

轻型无人机飞行控制系统适航安全性研究

随着技术的发展,起飞飞全重25公斤至150公斤的轻型无人机飞行空域可完全融入民航空域,本文试着从适航审定角度讨论其适航安全性。采用民机事故概率统计结果与适航安全水平对比方法,确定了该型无人机系统定量化的期望安全水平。然后以最关键的飞控分系统为对象,在某型无人机上进行了飞行控制功能危险分析和故障模式影响分析,获得飞控分系统安全关键清单。最后基于SAE ARP4754A和RPAS 1309,对飞控分系统部件的期望安全水平进行了定量化规定,和研制保证等级的分配。研究结果对全重25公斤至150公斤轻型无人机的适航审定管理实践有参考借鉴意义。     

Sequential failure analysis using counters of Petri net models

Assessment of reliability and safety of a complex system with sequential failures is an important issue in industries, since the reliability and safety of a complex system depends, not only upon all failed states of the system components, but also upon the sequence of occurrence of those failures. In this paper, we present an alternative methodology for assessing sequential failures in a complex system. In previous research, the probability of sequential failures is computed based on tracking the markings of Petri net models and it is assumed that the time to failure of basic events follows an exponential distribution. To overcome the limitations of the current methods in applying Petri nets for assessment of sequential failures, the method presented in this paper employs the concept of counters used in Petri net simulation to perform sequential failure analysis and is developed based on evolution equations that describe the dynamics of the system. It is demonstrated with a sequential failure analysis example of an automated machining and assembly system.     

Fuzzy dynamic fault tree analysis for electro-mechanical actuator based on algebraic model with common-cause failures

This paper deals with fuzzy dynamic fault tree analysis for the electro-mechanical actuator with common-cause failures to provide fast fault location strategy. To fully describe the level of uncertainty of basic events, triangle fuzzy set is used. Temporal operators are defined, algebraic model is used to model and analyze dynamic fault tree of the electro-mechanical actuator and is general to all kind of life distribution. An innovative common-cause gate with incomplete common-cause under consideration is raised and it can also match the algebraic model analysis method. Fuzzy probability importance is computed by level-progressive strategy, and complexity of solving entirely is avoided and calculation time is reduced. The analysis result shows that the method is flexible and effectively done with the reliability analysis of electro-mechanical actuator and can provide suggestions for faults location.     

基于AADL的失效概率分配及安全性评估方法

当代航空系统是复杂的安全关键信息物理融合系统(cyber-physicalsystem,简称CPS).失效概率分配是民用航空系统及设备初步系统安全性评估过程的重要工作,AADL(architecture analysis and design language)适用于航电系统的设计开发,对AADL模型实施失效概率分配和安全性评估是不可或缺的.提出了基于AADL的失效概率分配方法,可将系统失效概率分配给子构件,作为其安全性需求.该方法综合考虑系统架构设计、模型复杂度和严酷度(severity)等级.通过结合失效概率分配方法和确定性随机Petri网(deterministicstochasticPetri-net,简称DSPN),进一步提出了基于AADL的安全性评估方法,将系统的AADL模型转换为DSPN模型,以计算子构件的失效概率,并评估子构件是否满足安全性需求,直到设计出满足安全性目标的架构模型.最后给出了失效概率分配方法与安全性评估方法的实现算法和工具结构,并通过将所提出的方法应用到飞行控制系统,表明所提方法能够有效地完成失效概率分配和安全性评估.     

基于EMD功率谱方法的机电作动系统早期故障特征提取

提出一种改进的基于经验模态分解(EMD)功率谱分析的特征提取方法,该方法自适应地将故障信号分解为不同频段上的基本模式分量(IMF)之和,然后只提取对故障敏感的IMF分量的功率谱.由于只有少数IMF对故障敏感,该方法能获得具有较高信噪比的原数据特征信息,这对预测功率变换器早期故障趋势具有极其重要的应用价值.实验结果表明,该方法可有效提取早期隐性故障特征,为飞机机电作动系统的故障预测和健康评估提供必要的前期准备.     

一种基于失效传播模型的危害分析方法

嵌入式实时系统越来越多地应用于交通、航空、核能等安全关键环境。尽管系统设计可能没有任何缺陷,但由于物理组件的磨损或环境的突变而导致的随机故障在运行时仍可能导致系统发生危险。目前基于失效传播模型的危害分析方法要么仅考虑失效传播时间,要么仅考虑失效概率,缺少综合分析失效传播时间及失效概率对危害分析的影响。时间失效传播图TFPGs模型用于建模安全关键系统设计阶段中失效传播过程,该模型包含失效传播时延建模。考虑到失效传播路径的不确定对危害发生的概率影响,提出了一种危害分析方法,用概率 时间失效传播图P-TFPGs模型建模失效传播过程,并基于该模型设计了一种分析 危害发生时间与发生概率之间关系的方法;最后,给出了一个案例来说明方法的可行性。     

基于T-S模糊故障树的混凝土泵车泵送液压系统故障诊断

针对混凝土泵车泵送液压系统结构复杂,故障发生概率、故障机理和故障程度具有模糊性的特点,提出了基于T-S模糊故障树的泵送液压系统故障诊断方法。该方法用模糊数描述液压元件和系统的故障概率,解决了故障概率的不确定性;用T-S模糊门描述事件间的联系,解决了故障机理和事件联系的模糊性;用模糊数描述故障的严重程度,考虑了故障程度对系统的影响。将该方法运用到了混凝土泵车泵送液压系统的故障诊断中,取得了较好的效果。     

基于构件失效建模的软件安全性分析

提出一种基于构件失效建模的软件安全性分析方法,对失效传播与转换标记(FPTN)进行扩展,描述各个构件的失效行为和模式。在架构设计层面综合考虑软件系统的构件连接和结构特性,使用模糊数学的相关方法,确定软件的安全等级。结合实例,对构件失效传播的概率进行计算,结果证明了该方法的有效性。     

基于模型驱动的航电系统安全性分析技术研究

针对综合化航空电子系统安全性分析存在的失效模式完备性和动态失效问题以及数据一致性问题,将航电系统分为3个层次:应用操作层、功能层和资源层,采用形式化方法分别对每个层次进行建模,利用模型转换技术实现3个层次之间的语义转换,确保语义的一致性。利用Event-B语言对系统应用操作和功能层建模,实现对应用操作模式完备性的检查,利用AltaRica语言能够对系统的异常行为建模,实现对系统动态失效问题的分析。以飞机自动飞行控制系统为例,利用Event-B建模工具Rodin实现对应用操作模式的分析,借助基于AltaRica语言的SimFia工具对其安全性进行分析,结果验证了所提方法的有效性和实用性。     

基于模型驱动的航电系统安全性分析

针对综合化航空电子系统安全性分析存在的失效模式完备性和动态失效问题以及数据一致性问题,将航电系统分为应用操作层、功能层和资源层3个层次,采用形式化方法分别对每个层次进行建模,利用模型转换技术实现3个层次之间的语义转换,确保语义的一致性。利用AADL语言对系统应用操作和功能层建模,实现对应用操作模式完备性检查,利用AltaRica语言对系统的异常行为建模,实现对系统的动态失效问题分析。本文以飞机自动驾驶系统为例,利用AADL建模工具Osate实现对应用操作模式的分析,借助于基于AltaRica语言的SimFia工具对其安全性进行分析,结果验证了所提出方法的有效性和实用性。