Model-Based Fault Tolerant Control for Hybrid Dynamic Systems with Sensor Faults

A model-based fault tolerant control approach for hybrid linear dynamic systems is proposed in this paper. The proposed method, taking advantage of reliable control, can maintain the performance of the faulty system during the time delay of fault detection and diagnosis (FDD) and fault accommodation (FA), which can be regarded as the first line of defence against sensor faults. Simulation results of a three-tank system with sensor fault are given to show the efficiency of the method.

混杂系统鲁棒故障诊断

在混杂系统的参数性故障诊断中,由于参数的不确定性,会导致元件标称值发生偏移,错误报警频发导致常规自适应阈值的残差评估方法鲁棒性较差。针对上述问题,引入一种在故障检测阶段增强残差决策性能的方法。基于键合图(BG)理论,使用全局解析冗余关系在并网逆变器中进行故障检测与隔离,搭建BG的线性分式变换的混合诊断键图进行参数性故障诊断,可从模型中解耦出不确定部分,减少残差评估时上述错误报警现象且与增量键合图方法进行鲁棒性对比。在20-sim软件以中点钳位型逆变器为例验证了该策略的有效性。

基于键合图的风电系统功率变换器建模及仿真

作为风力发电系统中的重要接口部件,功率变换器的精确建模是风电系统建模的重要基础。功率变换器在工作时连续和离散的动态特性相互作用,给建模带来巨大挑战。针对功率变换器的不连续性和混杂特性,采用非线性阻性元件对开关器件等效,基于键合图理论构建功率变换器模型,实现其统一建模。借助Matlab仿真平台,采用Simulink子系统模块构建键合图仿真模型,仿真结果验证了模型的正确性,说明键合图作为一种工程系统的建模方法在混杂系统的建模上具有独特的优越性。

含间隙和干摩擦的连杆机构系统动力学研究

各种连杆机构铰链处存在的非线性因素对机构运行的稳定性产生巨大的危害,因此考虑间隙和干摩擦非线性因素同时存在对机构系统动力学性能的影响是进一步改善机构运行性能的重要基础。以四杆机构为例,对于连杆两端铰链处存在的间隙和干摩擦因素,采用开关键合图分别对其建立各自的向量键合图模型;在此基础上,建立间隙和干摩擦同时存在的铰链单元的非因果键合图模型,将其以整体模块形式嵌入四杆机构的向量键合图模型中,得到整体四杆机构混合键合图模型,由混合键合图模型最终建立机构的动力学方程;基于Matlab软件对所建模型进行数值仿真研究,得出非线性因素对连杆动力学性能的影响,对于控制连杆机构的运行精度和稳定性具有指导意义。

PRIUS混合动力汽车驱动系统键合图建模仿真

在深入研究丰田公司出产的 PRIU S混合动力汽车驱动系统及其各单元的动态关系的基础上 ,运用键合图原理对该系统进行数学建模 ,并应用 Matlab/ Simulink进行仿真计算和研究。研究表明 ,所建模型可以较准确地反映PRIU S的动态特性 ,并通过发现解决多动力耦合中弹性与柔性耦合影响导致的车速波动 ,证明使用键合图建模的优越性。

Insight混合动力电动汽车驱动系统建模与仿真

研究了本田汽车公司Insight混合动力电动汽车驱动系统及其各单元的动态特性,运用键合图原理对该系统进行数学建模.在假定的几种运行工况下,应用Matlab/Simulink对系统进行仿真计算和研究.研究结果表明,所建模型较准确地反映了该混合动力电动汽车驱动系统的动态特性,并能根据不同的控制策略修改系统的有关参数,方便地用于同类混合动力电动汽车的研究与开发.

基于无级变速传动的并联式混合动力汽车动力学仿真研究

采用金属带一行星齿轮无限级变速传动系统的并联式混合动力汽车,具有在相同动力性能下所需电动机功率小、燃油消耗少、废气排放低等特点。应用键合图理论,分析了双模态型并联式混合动力汽车的发动机、电动机及离合器等部件的性能参数以及变速器速比在汽车加速行驶过程中的变化规律,从而为进一步开发并联式混合动力汽车提供理论设计依据。

基于模型的混杂系统中控制器故障诊断方法

为解决混杂系统中控制器故障诊断问题,提出一种混杂系统故障发生在控制器与设备组件之上的新诊断方法,解决了控制器故障检测与诊断问题,并给出解决上述问题的基本诊断算法。实验结果表明,该算法程序简单且效率较好,对于复杂的被诊断对象可以满足实时性。

混成系统的分布式诊断方法

提出了一种基于分布式自动机模型的混成系统故障诊断方法。在分布式自动机模拟的混合键合图方法下,设计并实现了系统诊断。能够在系统模式动态改变时根据相应的时间因果图模型自动生成分布式时间因果图和分布式自动机。故障发生时,根据生成的时间因果图在分布自动机内进行诊断。分布式自动机将诊断空间分解成较小规模,从而提高了诊断效率。最后,在三容水箱模型标准测试样例上进行了系统测试,结果验证了本文方法具有较高的正确性及处理效率。

多组离合器参与的换挡过程混合建模与仿真

在分析多组离合器参与的自动变速器换挡过程特点的基础上,指出该换挡过程是由连续系统与离散系统组成的混合系统,进而提出基于键合图理论的连续系统和基于有限状态机的离散系统的换挡过程混合建模方法。在Matlab/Simulink和Matlab/Stateflow平台上建立了包含多种状态的东方红1302R型橡胶履带拖拉机液压机械无级变速器的换挡过程仿真模型,仿真结果表明该建模方法能很好地模拟自动变速器换挡过程中离合器的动态行为,并通过仿真分析了其对换挡品质的影响。

4-DOF混联机器人多能域动力学全解模型及试验

以4-DOF混联机器人为研究对象,分析了混联机器人的运动学,接着基于传统键合图建立了系统驱动部分(电动机和气动部分)键合图模型,基于旋量键合图建立了系统机械本体动力学模型,由于系统的并联部分引入冗余驱动,提出了采用输入力矩优化的方法,增加了1个补充方程,最终得到了该机器人完整的机、电、气耦合的多能域系统动力学全解模型。冗余驱动分支在随动和施加优化得到的力矩(力/位混合控制)两种情况下,借助键合图自动化仿真软件(20-sim)进行多能域动力学仿真;并进行样机的控制试验,将仿真与试验得到的驱动力矩进行对比,验证了所建机器人系统多能域动力学模型的正确性。通过试验可以证明:力/位混合控制时样机运行更加平稳且能有效提高机构的运动精度。

平面可控七杆机构的键合图动力学分析

介绍了基于键合图理论的混合驱动七杆机构的动力学分析方法,给出了机构的键合图模型,为确定混合驱动七杆机构的主辅驱动力、力矩大小提供了一种规则化、适合于计算机自动生成的动力学方程式,并给出了其动力学分析的一个具体实例。

混合动力汽车动力系统优化建模仿真研究

为优化混合动力汽车动力系统设计,实现节能减排,提供新能源,运用功率键合图法建立了包含发动机、电机、动力耦合机构、超级电容、车身及底盘的混合动力汽车动力系统数学模型。采用发动机最优控制策略,在Simulink软件平的各项性能及动力系统动态特性进行仿真,并有效地提高了仿真的准确性。应用优化模型,仿真了行有关汽车的动力特征参数对整车各性能的影响,为混合动力系统的优化设计提供了理论依据。在平台上建立了包含整车动力系统和整车控制模块的混合动力汽车整车仿真模型,为混合动力汽车设计优化提供了科学依据。

机械系统开关类元件的混合键合图建模

针对键合图难以表达机械系统开关类元件的非线性动力学问题,以常见的干摩擦、间隙接触碰撞副和单向不可逆传动为研究对象,通过分析其作用机理,引入开关类量的混合键合图建模方法,运用功率结型结构(简称SPG)概念,提出一种新的开关类元件键合图建模方法和键合图模型。以包含干摩擦、间隙接触碰撞副和单向不可逆传动的机械系统为例,根据开关类元件的键合图模型,结合机械传动的工作原理,建立整个系统的键合图模型,提取其状态方程,并通过仿真计算予以验证。研究结果表明:该模型不仅可以统一表达开关类元件在系统不同工作模式下的动力学特性,而且其因果关系在系统处于任何运动状态时均保持不变;仿真结果验证了建模方法正确、可行。

基于功率键合图的混合驱动五杆机构动力学分析

介绍了基于键合图理论的混合驱动五杆机构的动力学分析方法,给出了机构的键合图模型,为确定混合驱动五杆机构的主辅驱动力、力矩大小提供了一种规则化,适合于计算机自动生成的动力学程式, 并给出了其动力学分析一具体实例。

混合动力车用单行星排的动力学分析

为了有效地实现行星齿轮机构的动力合成功能,文中采用键合图理论和方法建立了行星齿轮机构的动态模型,进一步建立了系统的状态方程,并通过其动力学仿真分析了其动态特性。该分析方法将有助于进一步实现混合动力车辆最佳传动方案的确定。

混合系统基于模型诊断建模问题研究

基于模型的诊断是为了克服传统故障诊断方法的缺点而兴起的一项新型的智能诊断推理技术,其应用越来越广泛。而混合系统是当前应用较多的动态系统之一,其故障诊断问题是当前研究领域的热门。在此介绍两种对混合系统进行诊断的建模方法,并对这两种建模方法进行比较找出各自适用方向,特别是应用MBD技术对混合系统进行诊断的建模方法,根据对实际航天生态系统建模说明混合键合图基本原理,为进一步进行基于模型的故障检测和故障追踪直至故障隔离和鉴别提供基础模型。

混合系统故障诊断的模态转换自适应阈值研究

混合系统是既有连续变量也有离散事件的复杂的动力学系统,混合系统中的模态转换及参数不确定性可引起残差突变,原因是不同的模态下有不同的元件参与,采用常数阈值或常规自适应阈值往往造成误诊和漏诊。通过搭建混合系统键合图诊断模型,在对参数不确定性进行区间估计的基础上,运用线性分式转换构造模态转换自适应阈值,解决混合系统故障诊断中的误诊和漏诊问题。通过车辆转向系统的故障诊断进行实例分析及检验,实验结果表明所提算法的正确性和可行性,为混合系统故障诊断提供了新的解决方案。

混合动力传动系统限扭减振器设计及试验研究

为改善混合动力传动系统的NVH特性,开展了限扭减振器的设计及试验研究。首先结合某款混合动力汽车的传动系统,分析了限扭减振器的结构和工作原理;然后,设计了限扭减振器限扭力矩与扭转减振器的扭转特性,并通过试验对限扭减振器的扭转特性进行验证;最后,利用键合图方法对某款使用限扭减振器的混合动力传动系统进行了建模,采用MATLAB/Simulink软件搭建仿真模型并进行求解。传动系统主要元件的角加速度分析结果表明,限扭减振器对于发动机波动扭矩输入激励造成的传动系统扭转振动有明显的衰减作用。

混杂系统传感器微小故障的检测与隔离方法

考虑到实际生产过程中不可避免地存在建模误差及干扰噪声,提出了结合全局解析冗余关系法和指数加权移动平均(EWMA)滤波技术与自适应阈值评价法传感器微小故障检测与隔离方法。介绍了三容水箱混杂系统可能出现的微小故障,并分析了三容水箱系统的结构及特点。利用混合键合图模型的全局解析冗余关系方法产生残差,再通过EWMA滤波技术和自适应阈值评价残差,实现传感器微小故障的检测与隔离。最后利用20-sim键合图仿真软件和Matlab联合仿真,验证了该方法在传感器微小故障检测与隔离的可行性。