完备ARRs集的生成方法及传感器优化配置应用

广泛应用于故障诊断和传感器优化、分析、证实的解析冗余关系(Analytical redundancy relations,ARRs)缺乏系统、有效的方法来产生完备ARRs集,为此,提出了一种逐次消元法。该方法以系统元关系(Primary relations,PRs)为基础,通过若干次循环消元过程,生成了完备ARRs集,同时生成了对应的假定特征矩阵(Hypothetical signature matrix,HSM);基于HSM,把传感器优化配置问题映射为一个特殊的0-1整数规划模型,并用分支定界法求解该模型。应用表明,该方法能在不降低故障检测率、隔离率的前提下减少传感器数目,降低了测试代价,对故障诊断中的传感器配置问题有借鉴意义。

基于符号键合图的电静压伺服机构多故障诊断研究

针对电静压伺服机构(EHA)服役时存在多种故障且难以诊断的问题,提出了一种考虑参数贡献度的符号键合图(SBG)故障诊断方法。首先,根据EHA工作原理与键合图理论构建了键合图模型,设定了系统参数数值及分布标准差,再利用键合图模型推导了其解析冗余式(ARR),并构建了故障特征矩阵,将键合图模型转换为符号键合图模型,根据符号键合图元件之间的因果关系和一致性路径,推理出了EHA可能故障集;然后,定义并计算了EHA系统参数贡献度,筛选出了高贡献度系统参数,对可能故障集中难以引起解析冗余式残差数据变化的低贡献度系统参数进行了剔除,缩小了可能的故障参数范围;最后,利用键合图仿真软件20-sim,通过改变EHA中Q轴电阻与电机磁通链的数值,进行了多故障仿真实验,对所提多故障诊断方法进行了验证。研究结果表明:当EHA发生多故障时,将剔除低贡献度系统参数的可能故障集同传感器数据、解析冗余式残差数据进行结合,能准确诊断出预置的两个高贡献度故障参数,相比于常规SBG故障诊断的可能故障集,能更准确地锁定EHA系统故障参数。

基于解析冗余关系的动态系统故障检测和隔离

利用解析冗余关系方法进行故障检测和隔离的关键就是系统解析冗余关系的建立.未知变量剔出法对模型复杂的非线性动态系统是非常困难的.通过在系统键合图模型中加入观测信号和虚拟传感器的方法建立系统的诊断键合图模型,根据诊断键合图模型的因果路径构建系统的解析冗余关系和系统故障特征矩阵,并利用系统实际观测特征与故障特征的比较进行系统的故障检测和隔离.将该方法应用到五箱系统的故障检测和隔离,仿真结果验证了该方法的便捷性、有效性和实用性.

基于解析冗余关系的法维莱制动机系统故障诊断技术

针对HXD2型机车法维莱制动系统存在多种工作模式、结构复杂、故障种类多和系统不确定性大等特点,使用基于解析冗余关系的诊断技术对制动机系统进行故障检测和准确隔离。利用功率键合图对复杂动态系统建模的优势获得制动机的键合图模型,根据键合图模型的因果路径关系推导系统的解析冗余关系,并获得系统故障特征矩阵,再通过系统观测特征与故障特征的比较实现系统的故障检测和隔离。根据这一原理设计的检测与诊断系统已应用于太原铁路局湖东机务段,其仿真实验和现场实际应用说明该诊断系统在保障制动机安全运行方面是有效的。

基于模态区间分析的半定性故障诊断方法

为了提高故障诊断的抗干扰能力和可靠性,提出了基于模态区间分析和解析冗余关系相结合的半定性故障诊断方法.利用模态区间分析仿真得到的精确区间包络线进行故障检测,可提高故障检测的抗干扰能力.通过在键合图模型中加入观测信号和虚拟传感器的方法,建立诊断键合图模型并得到系统的解析冗余关系.根据诊断键合图的因果路径和解析冗余关系残差趋势分析建立具有残差变化方向的故障特征矩阵,从而提高故障隔离的准确性.将该半定性方法应用到五箱系统的故障诊断中,结果证明该方法是有效的.

一种基于解析冗余关系的半定性故障隔离方法在航天器推进系统中的应用

针对航天器推进系统的时变特性以及随机因素给故障隔离带来的困难,提出了基于Z-检验分析和解析冗余关系相结合的半定性故障隔离方法。基于状态空间转换的思想,运用基于系统诊断键合图模型建立的解析冗余关系挖掘系统时不变的结构特征空间信息,并对解析冗余关系残差进行趋势分析获取时不变、具有残差变化方向的故障特征矩阵,针对存在随机因素对残差定性化的影响,利用了Z-检验分析对残差进行定性化获取观察特征,通过观测特征与故障特征的比较进行系统故障隔离。将该方法应用于推进系统的故障隔离中,结果证明了该方法能有效避免获取推进系统时变诊断准则以及来自系统建模和参数测量等随机因素的干扰,提高了推进系统故障隔离的鲁棒性。

基于分支定界-改进AO＊算法的序贯测试策略优化

针对经典AO*算法在求解序贯测试问题中复杂度太大的难题,提出测试选择与策略优化联合的方法;首先基于解析冗余关系(ARRs)把测试选择问题映射为一个特殊的0-1整数规划(IP)模型并用分支定界法求解之,得到最优测试;然后通过两步回溯改进的AO*算法确定最优测试顺序;在一个组合电路的应用表明算法优化了测试点数,减少了扩展节点数,降低了经典算法的复杂度。

基于解析冗余式的风机传动系统故障诊断

为了以系统有序的方法对风机的具体元件参数进行故障诊断,给出一种基于键合图模型的故障诊断方法。键合图模型是一种跨能域的元件级模型,因此能够定位到具体的故障元件。同时键合图模型能够清晰地表明各元件之间的关系,因此适用于推导解析冗余式。通过解析冗余式可以对系统进行故障检测和隔离。为了能够系统地得到尽量多的解析冗余式,提高故障的可隔离性,该方法首先建立风机的键合图模型,然后由键合图模型导出时间因果图,由时间因果图导出变量关系图,最后由变量关系图消除键合图中结点方程的未知变量得到解析冗余式。实验结果验证了采用该方法推导的解析冗余式能够用于风机参数故障的诊断。

诊断键合图在液体火箭发动机故障诊断中的应用

研究了通过诊断键合图模型建立液体火箭发动机解析冗余关系的故障诊断方法。通过在液体火箭发动机键合图模型中加入观测信号和虚拟传感器的方法,建立其诊断键合图模型,并利用此模型构建了系统的解析冗余关系。提出了根据诊断键合图因果路径并利用解析冗余关系残差趋势分析建立具有残差变化方向故障特征矩阵的方法,使故障特征值能更好地反映故障特征。最后利用仿真数据对诊断结果进行验证和分析,表明该方法建模简单、诊断速度快、准确性高。

诊断键合图在动态系统故障诊断中的应用

基于解析冗余关系故障诊断方法的关键是建立解析冗余关系。系统键合图模型经过转换可以得到系统的诊断键合图模型,利用该模型中的虚拟传感器与系统组件的关系可以方便地建立系统解析冗余关系和具有残差方向的故障特征矩阵。然后,通过观测特征与故障特征的比较进行故障检测和隔离。通过在五箱系统的仿真验证,证明该方法是非常有效的。

解析冗余关系在动力系统故障诊断中的应用

键合图理论用统一的方式处理多种能量形式,广泛应用于机电系统的建模和仿真。本文在建立电、液转向系统诊断键合图模型的基础上,推导出解析冗余关系ARRs,解算出系统残差并用于故障诊断。在物理系统中安装集成多型号传感器的信号采集网络,实现物理系统运行参数的在线采集,通过车辆转向系统的故障诊断进行实例分析及检验,验证了该诊断方法的正确性和有效性。

用AHP方法优化电子装备测试点的BITE与ATE分配

针对故障诊断中测试冗余、测试资源分配不合理的问题,首先用解析冗余关系(ARRs)优选出测试点;分析了影响测试资源选择的因素,用层次分析法(AHP)建立了评价指标集的递阶层次结构,确定了各指标的综合权重,最后用模糊综合决策方法实现了测试点的BITE与ATE分层优化,对提高电子装备的诊断能力、降低测试费用具有指导意义。

基于HSM的传感器最优配置研究

给出了一种基于深知识模型、最大化可诊断性的最优化传感器(或测试点)配置的数学描述模型;对传感器(或测试点)的典型配置策略和存在的不足进行了分析,从实现最大化可诊断性的角度对传感器最优配置问题进行了深入研究;针对复杂系统传感器配置运算开销呈指数增加的问题,给出了基于BPSO算法的传感器配置策略;最后通过抽象实例进行验证,结果表明基于BPSO的传感器配置策略与其他方法相比,收敛速度快、诊断精度高,可用于大型系统传感器配置问题。

随车起重机变幅液压系统故障诊断仿真

针对液压系统中元件复杂、故障隐蔽性强而造成的诊断难题,提出了基于模型的故障诊断方法,为验证方法的可行性,进一步提出了故障诊断的仿真验证方法,搭建了其仿真模型。以某型随车起重机变幅液压系统的工作原理为基础,分析了变幅液压系统常见故障及故障注入方法,选取换向阀阀芯卡死故障进行诊断,通过阀芯液阻控制模块注入阀芯卡死故障,建立其功率键合图模型;其次,利用扩展遍历路径法生成一组解析冗余关系(ARR)的公式,并推导出阈值计算公式,采用MATLAB/Simulink平台搭建的故障诊断仿真模型计算出系统残差;最终,根据残差估计结果,对带有换向阀卡死故障的变幅液压系统进行诊断。通过诊断结果与初始故障注入对比,以及对随车起重机实验台的故障实验结果分析,验证了基于模型的液压系统故障诊断方法的可行性和高效性,为工程机械液压系统的故障诊断提供了新思路,并为预测液压系统剩余寿命奠定基础。

基于系统冗余关系的可诊断性方法研究

冗余关系是系统的重要信息,特指硬件冗余关系和解析冗余关系,其对可诊断性研究有非常重要的作用。定义解析冗余关系式等价的条件,基于著名的Ploybox模型提出满足完整性和复杂性要求的解析冗余关系生成过程。根据对关联矩阵的可诊断性的分析与评价,并利用新的硬件冗余提高系统的可诊断性,最后对典型卫星姿态控制系统进行了此方法的可行性分析与验证。结果证明该方法有效。

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。

新型解析冗余关系法在传感器故障诊断中的应用

介绍了多容水箱系统所有可能出现的故障类型,并分析了多容水箱系统的结构与特点。利用基于键合图模型的新型解析冗余关系(ARR)方法对多容系统中传感器故障进行了研究。根据键合图理论给出了多容水箱系统键合图模型,通过在系统键合图中加入观测信号和虚拟传感器的方法建立系统的诊断键合,根据诊断键合图模型得到系统的ARR。通过分析诊断键合图的因果关系构建系统的故障特征矩阵。利用20-sim键合图仿真软件对各类故障进行仿真分析,验证了基于键合图模型的新型ARR方法在传感器故障检测与隔离方面的可行性。

基于键合图模型的解析冗余关系法在传感器布局中的应用

传感器布局对系统的故障诊断特性有非常大的影响。基于键合图理论,提出了一种基于解析冗余关系(ARRs)的传感器布局方法。在分析键合图建模原理的基础上,研究了基于系统键合图模型推导系统ARRs的方法,并利用ARRs提取系统故障特征矩阵(FSM)。最后,以两容水箱为例,利用键合图建模优势,建立了两容水箱系统键合图模型,分析系统ARRs,得到系统故障特征矩阵,并推导得到系统所有满足部件故障可诊断性要求的传感器布局方案,该方法具有模型直观、易于获取系统的故障特征等优点。

解析冗余关系法在柴油机燃油系统故障诊断与隔离中的应用

针对柴油机燃油系统管路复杂、故障种类多和系统不确定性等问题,首先提出了基于键合图模型的解析冗余关系法,应用于系统定量故障诊断与隔离;然后,在系统键合图模型基础上,推导得到系统解析冗余关系并建立了系统故障特征矩阵;最后,在系统模型的基础上进行了故障诊断仿真试验,并采用序贯概率比检验(SPRT)方法对残差异常进行在线监测,实现了实时在线的系统故障诊断与隔离。研究结果表明:基于键合图模型的解析冗余关系法能够应用于系统故障诊断与隔离,并且具有较高的准确性和实时性。

典型液压系统故障诊断与隔离方法研究

针对综合传动装置液压系统非线性、不连续和多耦合等工作特性导致的故障检测难、故障隔离不准确等问题,以某型综合传动装置变矩器补偿支路的结构和工作原理为基础,研究了变矩器补偿支路的键合图和诊断建模方法,建立了全局解析冗余关系(Global Analytical Redundancy Relations,GARRs)和故障特征矩阵(Fault Signature Matrix,FSM)的对应关系,准确实现了故障的检测和隔离。通过仿真实验验证了不同故障下的解析冗余关系的变化规律,说明了采用GARRs方法进行混合系统的故障诊断与隔离(FDI)设计和应用的可行性。该方法为新型装备关键系统的传感器优化配置与现役装备的测试性增长提供了新技术。