Analysis of faults stability with dynamic phenomena in the mice based on slide criterion and in-situ stress measurement

For the study on the relationship between the dynamic phenomena in the min- ing such as mine earthquakes,outburst and faults slide,firstly,double shear friction ex- periments of sandstone were made,and its slide criterion was suggested considering the viewing of engineering.Secondly,in order to study the stability of underground rock and zone of tectonic stress field,based on the analysis on distribution characteristic of initial rock stress measurements,the geology structural model was built and tectonic stress field was made a back-analysis by applying finite element method.The calculating results fit with the analysis result of earthquakes mechanism and the distribution characteristic of the measurements.The high stress regional centers station locates discontinuous zone of I level faults and is corresponding to underground earthquakes scene.From then it is cer- tain that tectonic stress is the major origin and necessary condition of mine earthquakes. The instability slide of the faults is the main manifest and the mining activity is the leading factor.Beipiao fault has a dominate effect on other sub faults and tectonic stress area and is dynamical fountain of dynamic phenomena in the Beipiao Mines.

无人机舵面故障高阶滑模重构观测器设计及主动容错控制

针对无人机舵面损伤故障容错问题,提出了基于二阶非奇异终端滑模重构观测器及主动容错设计方法。在分析舵面正常偏转运动学和动力学特性基础上,构建了无人机典型舵面故障非线性特性模型。提出无人机舵面故障的高阶滑模重构滑模观测器设计方案;引入线性变换降维简化观测器设计程式;将终端滑模和非奇异终端滑模结合起来,实现滑模运动有限时间快速收敛;综合自适应律、线性矩阵不等式设计观测器系数矩阵,确保状态估计偏差有界稳定。提出集状态与故障重构于一体的主动容错控制方案,并通过仿真算例检验所提方案的有效性。

复杂环境新能源汽车永磁电机传感器故障诊断

新能源汽车电机驱动过程中由于电机系统本身噪声、传感器运行特性和各个部件接触不良等因素影响下,永磁电机传感器易处于异常工作状态和故障状态。电动汽车电机运行环境的复杂性导致故障诊断难度也相对较大。于是提出新能源汽车永磁电机传感器故障诊断方法。通过分析永磁电机机械运动方式构建新能源汽车永磁电机数学模型,将上述模型与滑模观测器结合,捕捉任意时刻永磁电机传感器故障状态。基于此,提取传感器故障状态下的特征量,并输入支持向量机中,根据支持向量机输出的分类结果实现新能源汽车永磁电机传感器故障诊断。实验结果表明,针对新能源汽车恒速形式和新能源汽车变速形式,研究方法的诊断结构均与实际情况相符。

琼北东寨港桥头村大桥沉没于海时间考与1605年琼州大震后东寨港缓慢下沉速率及机理

琼北东寨港桥头村大桥和大桥前面条石路面废墟,现今位于退潮后水面下并被淤泥覆盖,仅小部分出露。据家谱、墓碑考证和实地调查,该大桥在1605年琼州大震后45年、即公元1650年尚在使用,是琼州大震后,又经近百年才沉没于海的。1650年后至今(截至调查年1984年),东寨港桥头村地区地面以不低于1.5 cm/a的速率下沉;近30~40年来东寨港中段和北段以不低于1 cm/a速率缓慢下沉,南端下沉速率小些。琼州大地震后的早期,东寨港的下沉速率可能更大些。本研究粗略估算了这次地震同震下沉幅度东寨港中部和北部可能达2~3 m。南部下沉幅度小些。对震后缓慢下沉机理进行了讨论,认为琼州大震是在新生代以来至震前各地质时期,琼北地幔柱隆起、地壳隆起拉张破裂、火山多次活动或喷发、地壳减薄表部下沉、壳下持续性强烈活动的背景下发生的。震前琼北特别是琼北东部地壳经历了数千年的隆起,积聚巨大能量形成壳下热点。震前因地下水向拉张断裂的贯入,降低断裂面摩擦力,震前陆地开始下沉,并终于全面突破断裂面摩擦阻力发生陆陷成海大地震。震时释放部分能量,震后剩余能量对断裂持续拉张,东寨港持续地堑型沉陷。地震时及震后相当长时间内海水对断裂快速和持续贯入降低了断裂面上的摩擦力,使震后断裂呈相对稳定滑动,这些可能是震后东寨港数百年来大速率缓慢下沉的主要原因。连接琼州大地震,晚更新世及可能迟至全新世早期以来,东寨港经历过由陆变海、由海变陆、又由陆变海的演变过程。

一种基于EKF的DDEV主动容错控制方法

分布式驱动电动汽车(DDEV)的行驶稳定性和动力性受电机故障的影响会变差,而驱动系统的容错控制则能够有效改善车辆的行驶稳定性和动力性。为此,针对分布式驱动电动汽车驱动电机,提出了一种主动容错控制方法。首先在Simulink中搭建了包含七个自由度的车辆动力学模型,接着搭建了基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的故障观测器,为后文建立的主动容错方法提供故障信息。然后基于滑模控制,搭建了主动容错控制模型,根据故障信息对驱动力矩进行重新分配。最后搭建了Carsim/Simulink联合仿真平台,结果表明,提出的主动容错控制方法能够有效改善车辆在故障状态下的行驶稳定性和动力性。

水对Carrara大理岩断层激活及滑动稳定性影响的实验研究

为探究脆塑性转化带流体(水)对断层激活及滑动稳定性的影响,本文采用Carrara大理岩预切断层(saw-cut)光面样品来模拟新鲜断层,在气体介质三轴高温岩石力学实验系统上开展了摩擦实验研究,实验温度(T)为70~500℃,围压(P)为60和130 MPa,孔隙水压(Pp)为30 MPa.为获得摩擦滑动的稳定性参数(A-B)值,位移速率在0.08μm·s^(-1)、0.4μm·s^(-1)、2μm·s^(-1)、10μm·s^(-1)之间切换.实验力学数据和滑动面微观结构分析表明,Carrara大理岩断层在实验温度和围压条件范围内出现了断层稳滑、慢滑、震颤、黏滑、断层闭合等5种滑动行为,其中,低有效围压(P_(eff)=30 MPa)下,T=70℃时,断层被激活表现为稳滑、震颤和慢滑,摩擦强度的速率依赖性表现出速度强化向速度弱化过渡的特征;T=100~400℃时,断层被激活表现为慢滑和黏滑,摩擦强度的速度依赖性为速度弱化;T=500℃时,断层被激活,但表现为稳滑,摩擦强度的速度依赖性重新转变为速度强化.然而,高有效围压(P_(eff)=100 MPa)下,T=70~300℃时,断层均未见明显滑动,原有断层处于闭合状态.本研究获得的含孔隙流体(水)条件下Carrara断层发生不稳定滑动的温度范围为100~400℃,大于相同温度压力条件下干燥样品激活断层不稳定滑动的温度范围200~300℃,充分说明孔隙流体(水)对大理岩断层激活及滑动行为等具有影响,可以有效地促进断层发生不稳定滑动.所有样品主要变形机制为碎裂、扩容、及晶体塑性变形,且随着温度和围压升高,孔隙流体(水)的溶蚀作用、颗粒的重结晶作用增强,特别在P_(eff)=30 MPa、T=400℃时,滑动面上发育方解石菱形颗粒、溶蚀孔等,外加孔隙流体(水)对颗粒的润滑作用,以及压溶作用引起的断层愈合,共同促进了断层的重新激活及强烈的不稳定滑动.假定地温梯度为25~30℃·km-1,推测以碳酸盐岩为主的断层在地壳大约2~4 km深度即开始出现不稳定滑动,随后在深度13~20 km范围内断层重新过渡为稳定滑动,之后逐步闭合.

故障检测与重构下基于AFTSMO的ROV三维航迹跟踪控制

针对传统的滑模观测器在缆控水下机器人(ROV)系统状态估计与故障重构过程中存在渐近收敛、无法及时准确重构故障信号的问题,提出一种基于自适应快速终端滑模观测器(adaptive fast terminal sliding mode observer)的故障检测和控制优化方法。建立带有推进器故障、未知外界干扰和模型参数不确定性等复合干扰的ROV系统故障模型;设计具有自适应特性的快速终端滑模控制器,保证所有的状态估计误差在有限时间内收敛;通过等效输出误差注入法对推进器引起的故障进行估计重构。采用Lyapunov稳定性理论验证控制系统的稳定性,仿真结果表明,所设计的故障检测方法能够快速检测和重构故障,保证ROV系统较高的跟踪精度,并通过实验验证了所提算法的有效性。

煤矿皮带机滑动故障分析及其智能检测

煤矿皮带机在煤矿生产活动中扮演着十分重要的角色,而皮带机在井下运行过程中,运维工作开展难度较大,导致其在高强度的运输作业影响下滑动性能受到影响,容易出现皮带跑偏、打滑、纵撕、起火、断带等故障。基于此,需要不断优化皮带机故障的诊断技术,以智能诊断技术优化皮带机的滑动情况,提升煤矿的诊断效率。基于D-S证据理论信息融合技术优化皮带机智能诊断技术,构建皮带机故障智能诊断系统,实现智能融合多传感器采集的数据,提升采集数据的可靠性,并且根据判断规则,实现皮带机故障智能诊断。

云南小江断裂东支活动性分析及工程场地稳定性评价

小江断裂延伸长、次生断裂交错分布多,使得区域内重大工程难以避免活动断裂带的影响,因此活动断裂的活动强弱以及场地稳定性是区域重大工程建设面临的主要工程稳定性问题。为了查清活动断裂对公路工程场地的影响,笔者等基于小江断裂地质构造背景,充分利用既有研究成果资料,重点研究区域构造环境和断裂特征,通过地质调绘、物理探测、年代学测试,结合对前人资料的系统梳理,计算分析了小江断裂中段东支活动速率,初步判定断裂活动程度;并综合考虑断裂活动性、地震烈度、岩体特性等因素,对工程场地稳定性进行分级。结果表明,小江断裂东支平均水平位移速率为6.6 mm/a,判定为强活动断裂,区域工程场地稳定性划分为极不稳定区;认为强烈活动性断裂两侧各10 km区域内对工程的影响最为严重,为公路工程场地选址和抗震设计提供了理论和数据支持。

基于自适应滑模观测器的氢燃料电池空气供应系统泄露故障容错控制

空气泄漏是质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)系统中常出现的一类故障,并且发生概率会随着系统运行时间的增加而逐渐增大,直接影响PEMFC的性能。为此,提出基于自适应滑模观测器(adaptive slide mode observer,ASMO)的容错控制策略。首先采用观测器实现泄露故障下流量重构,通过主动容错控制器调节空压机的供给流量,补偿泄漏的空气流量。同时,设计一种背压阀开度的迭代调节算法用于控制供气压力,保证稳定、合适空气供应,避免电堆出现“氧饥饿”现象。最后,基于模型在环平台对观测器以及容错控制策略进行验证与分析,结果表明:ASMO拥有比传统滑模观测器更好的收敛速度和估计精度;采用基于ASMO的容错控制策略后,系统能够在故障后恢复正常的空气供应,提高了系统整体可靠性。

基于观测器的AUV定深滑模容错控制

为了保证欠驱动自治水下机器人(AUV)在受到外界干扰以及舵出现故障情况下仍具有良好的定深性能,提出了一种基于干扰故障观测器的滑模容错控制器。首先针对带有干扰和故障项的AUV六自由度模型进行解耦得到AUV的垂直面模型,将垂直面模型化为向量形式;然后设计干扰故障观测器观测出干扰和故障,并由观测得到的干扰和故障值设计滑模控制器(SMC);最后通过Lyapunov定理证明稳定性并进行仿真验证,仿真结果表明提出的控制器具有良好控制效果。

基于声发射信号特征提取技术的滑动轴承故障诊断

滑动轴承是汽轮机中的一个重要支撑部件,保持滑动轴承的正常工作,能减少设备工作损失以及维修的成本,因此,对滑动轴承进行实时监测以及故障诊断是有必要的。声发射技术作为一项动态无损检测方法,对信号反应更敏感,可以对设备进行持续监测,很适合用来对设备进行实时监测以及故障诊断。从声发射信号的产生机理出发,通过分析证明了声发射信号能量变化可以表示出轴承的摩擦状态,然后构筑了3个新的特征参数,来对声发射信号进行分析,并通过试验证明了其可以反应出当时的摩擦状态,而且比传统的特征参数要更加灵敏。

基于滑动窗和多块卷积自编码器的故障检测

为了进一步提升故障检测性能,充分挖掘时序和隐含特征信息,提出一种基于卷积自编码器的故障检测方法。在对原始信息集进行建模的基础上增加了对累计信息与变化率信息的建模,以增强对隐含信息的挖掘;对重构的3个信息集进行滑动窗采样,基于卷积自编码器进行时序特征提取和建模;将卷积自编码器的决策结果进行贝叶斯融合得到统计量,并用核密度估计的方法确定控制限从而进行故障检测。将该方法进行数值仿真并应用于TE过程,仿真结果验证了所提方法的有效性和检测性能。

自主式水下机器人滑模容错自动化控制方法

针对因水下机器人工作环境噪声影响较大、难以提取故障特征点,导致控制精准度较低的问题,该文提出一种滑模容错自动化控制方法。建立机器人五自由度空间方程以及故障执行器的动力学方程,计算机器人每个关键滑模点的不确定性因素变化矢量,推导得到机器人的离散故障状态方程。根据机器人在期望状态下的滑模特性,将故障状态参数代入后,识别定位到故障点,提取机器人线性反馈的控制规律,设定机器人在滑模容错控制函数中的双曲正切函数,计算产生滑模动态的控制输入值,实现自动化控制。实验结果证明,所提方法在第25 s处即发现故障,输出信号幅值稳定在-28 Hz~28 Hz之间,具有良好的自动化控制能力。

不确定性智能车辆转向系统的容错控制方法研究

对存在执行器死区、故障现象和模型不确定性的智能车辆转向系统的跟踪控制问题进行研究。首先,采用自适应模糊逻辑系统对转向系统中难以建模的非线性项进行在线逼近,并结合动态增益技术为智能车辆转向系统设计了自适应滑模控制器,以补偿系统控制增益未知、执行器死区和故障现象对控制性能的影响。此外,在该滑模控制器的设计中,采用一阶滤波技术消除了滑模控制器对转向系统造成的抖振。最后,结合李雅普诺夫稳定性理论分析可知,所设计的控制器可以实现智能车辆转向系统的渐近稳定,并通过数值仿真和整车实验验证了所设计的控制方法的合理性。

基于反电动势的地铁牵引电机电流传感器故障检测与容错控制

针对地铁列车牵引系统电流传感器发生故障时给列车运行带来重大安全风险这一问题,提出了一种新型的故障监测与容错控制算法。首先,利用三相异步电机的静态数学模型结合转子磁链与反电动势的特定关系设计了电流滑模观测器。然后,将电流传感器的测量值与滑模观测器中的估计值进行比对并生成电流残差,通过修正的Bayes分类算法对电流传感器工作状态进行实时监测与定位。当故障发生时用观测器中的电流重构值代替故障值参与系统的控制。最后,利用仿真平台MATLAB/Simulink对其有效性进行验证并与另外3种典型的控制算法进行对比分析。研究结果表明,方案具有较高的精度和较强的鲁棒性,在对三相电流重构方面优于对比方案,其系统综合误差减小了24.2%,具有更好的控制效果。

基于自适应滑模观测器的中点钳位型三电平并网逆变器开关管和电流传感器故障诊断

为提高中点钳位型三电平(3L-NPC)并网逆变器故障诊断的准确性和可靠性,针对其开关管开路故障和电流传感器故障,提出一种基于自适应滑模观测器的开关管开路故障和电流传感器故障同时诊断方法。该方法首先针对3L-NPC并网逆变器,设计一种收敛速度快且能显著抑制抖振的自适应滑模观测器来精确估计正常状态下的三相电流值;其次,利用实际电流和估计电流设计了故障检测变量;同时,利用实际三相电流之和以及估计三相电流之和来区分开关管故障和电流传感器故障;在此基础上,构造开关管故障定位变量和电流传感器故障识别变量,实现开关管开路故障的准确定位以及电流传感器故障类型的快速识别。实验结果验证了该文所提诊断算法的有效性和鲁棒性。

基于主动容错滑膜预测的太阳能发电稳定性全局控制研究

采用目前方法对太阳能发电系统的稳定性进行控制时,无法获取控制器上的控制律,故障预测结果出现偏差,导致现有方法存在波动大、振荡次数多和容错性差的问题。提出基于主动容错滑膜预测的太阳能发电稳定性全局控制方法。利用灰色预测模型预测太阳能发电系统中存在的故障,据此获得控制器的控制律后,建立主动容错滑膜控制器,对太阳能发电系统进行全局控制,以提高太阳能发电系统的稳定性。实验结果表明:在发电机电压突然上升工况下,所提方法可在3 s之内使发电机端电压增量稳定在1.1 V,在4.5 s内使发电机功角稳定在20 rad;在线路三相短路工况下,所提方法可在2 s之内使发电机端电压增量稳定在1.0 V,同一时间内发电机功角稳定在60 rad。所提方法的临界切除时间最低为0.167 s,最高为0.190 s,与文献方法相比,临界切除时间更高,说明该方法的容错性更好。

基于Prony算法的电位接地故障暂态选线方法

为在应急广播调频发射机系统电位接地故障情况下,根据暂态相位差水平能完成电路选线,提出了基于Prony算法的电位接地故障暂态选线方法。采用Prony算法计算滑动平均窗长度,再通过求解辨识参数的方式,确定电路功率特性,完成故障暂态数据识别。联合故障稳态分析条件,计算暂态等效电流数值,以此为基础,求解隶属函数,实现电位接地故障暂态选线。实验结果表明,所提方法作用下,两个接线端口之间的暂态相位始终等于10 V,在电位接地故障情况下,可将相位水平更为接近的端口组织连接在一起,符合实际应用需求。

基于多元状态估计及模糊综合评价分析的汽轮机故障预警

汽轮机的故障模式、故障特征具有多样性。当前的故障预警方法大多针对单一故障模式,无法用于全面评估汽轮机整体的健康状态。为此,将模糊综合评价与多元状态估计结合,构建了更加全面的汽轮机故障预警模型。首先,基于汽轮机的典型故障模式构建故障特征集;然后,通过多元状态估计算法获得估计向量,并用滑动窗口法对结果进行平滑处理,计算得到汽轮机各个故障模式的实时偏离度;最后,基于模糊综合评价综合分析多种故障的偏离程度以确定汽轮机整体的健康状态。使用某电厂汽轮机的故障数据进行模拟仿真验证,结果表明利用该方法能够提前捕捉到汽轮机的异常状态、实现故障的预警。