基于小波变换和聚类的BLDCM故障检测与识别

为了满足航空用机电作动器(EMA,Electro-Mechanical Actuator)高可靠性和大范围调速的要求,充分利用具有双通道容错结构的无刷直流电动机(BLDCM,Brushless DC Motor)系统特殊的结构和换相特点,通过分析两个通道中功率电路直流母线电流波形的突变特征,提出一种采用小波变换(WT,Wavelet Transform)与层次聚类算法(HCA,Hierarchical Clustering Algorithm)相结合的故障检测与诊断方法.并通过实际电机系统试验验证了方法的可行性与正确性.试验结果表明,这种方法对电机断相故障、逆变器功率管断路故障具有明显的检测与识别效果,而且不受转速、负载和噪声的影响.信号特征提取算法简单,故障识别方法可靠性高,无需额外设备,易于应用,具有很强的实际操作性.     

故障模式影响分析专家系统

介绍了应用人工智能和专家系统技术,建立一个依托专家知识,基于功能/硬件推理的,与故障仿真综合应用,并以故障诊断专家系统,专业CAD/可靠性CAD和可靠性信息系统为支持的故障模式影响分析专家系统FMEAES(Failure Model Effect Analysis Expert System)框架.详细论述了系统的功能、结构、其三大组成部分(预处理部分、FMEAES核心和后处理部分)的功能及其相互关系,故障模式选择、故障仿真和进行功能FMEA和硬件FMEA的处理流程,以及故障模式影响分析专家系统与其他系统的关系.      

测试性分配方法研究

研究了系统测试性指标与系统组成单元指标之间的关系,分析了确定测试性指标的各主要影响因素,进而导出了测试性分配的基本要求、数学模型和工作程序.在此基础上,文章给出了4种用于不同情况下的测试性分配方法:前2种是基于系统单元的复杂度(故障率)或重要度(故障影响)的分配方法;第3种是综合考虑各影响因素的加权分配方法;第4种是系统中有老成品时的分配方法.这些分配方法都可以实际应用于工程设计.      

复合式余度机电作动系统容错控制与性能分析

研究了一种应用于未来多电飞机的复合式余度机电作动系统,它由2台双绕组无刷直流电动机组成,形成4个电气控制通道和2个电动机控制通道的余度结构,具有"单故障工作、双故障安全"的容错能力.分析了容错工作状态下电动机和逆变器的损耗、减速器的力矩纷争等性能,提出了在"单故障工作"时应采用电动机功率损耗均衡控制方法以获得最佳的综合性能,同时分析了"双故障安全"时系统的输出能力,并通过仿真分析和比较了各种状态下系统的跟踪性能,最后给出一组容错运行状态下电动机的温升试验数据.      

钕铁硼永磁直流伺服电动机

钕铁硼永磁材料在直流伺服电动机中的应用将导致效率的提高和功率重量比的增加,并且降低了时间常数。钕铁硼永磁材料的缺点是高的温度系数和低的温度限制,但是控制微电机的温升较低,对电机的性能不会产生影响。只要在设计中采取适当的措施,高性能电机是可以制造的,在航空上有广阔的应用前景。本文研究钕铁硼永磁直流伺服电动机的设计原则和试验结果。     

一种频率步进雷达目标径向速度估计方法

为补偿目标径向速度对频率步进雷达合成距离像的影响,提出了一种目标径向速度估计方法.经公式推导证明频率步进雷达相邻两个脉组回波的归一化采样序列的互相关函数是一复正弦序列,该序列的频率与目标径向速度有确定的对应关系.通过快速傅里叶变换(FFT,Fast Fourier Transform)可获得序列频率,从而估计出目标径向速度.该方法可估计的速度范围仅取决于系统带宽和脉冲重复周期,并且由于理论估计精度可通过FFT点数调整,在需要非常高估计精度的场合可以大幅降低计算量.计算机仿真结果表明该方法对目标径向速度估计准确,同时具有较好的抗噪声性能.     

全相位FFT频率测量在调频激光测距技术中的应用

调频连续波激光测距技术在常见的非合作目标激光测距技术中,目前具有最高的测量精度,其原理是对激光的光频进行线性调制,通过测量发射信号和回波信号的频率差反推目标的距离。因此频率测量精度对于距离测量精度具有决定性影响。传统FFT由于存在频谱泄露,且频谱细化方法从根本上受限于FFT的精度,导致测量精度低。全相位FFT较好的解决了频谱泄露的问题,具有相位不变性。本文提出将全相位FFT方法应用于调频激光测距,采用时移相位差法对频率进行测量,在MATLAB环境下对试验获取的数据进行频率解算并计算目标距离。试验证明,全相位FFT应用于调频激光测距数字信号处理时,在大于50m距离处测距误差小于0.3mm,达到了良好的应用效果。     

无刷直流电动机的新型自适应模糊神经控制

 为无刷直流电动机提出了一种自适应模糊神经控制方法.这是一种建立在开关控制、模糊控制和自适应控制相结合基础上的控制方法,并用神经网络实现了模糊控制器和自适应机构.在无刷直流电动机的双闭环调速系统中,电流控制器是PI控制器;转速控制器是由1个开关控制器和1个包括自适应机构在内的模糊控制器相结合组成的,且用1个3层前向神经网络离线学习实现了模糊控制器,学习算法采用的是改进的BP算法.用1个单神经元通过在系统运行过程中的动态学习实现了自适应机构,学习算法选用了有监督的Hebb学习算法.由电机所处的运行阶段决定哪一个控制器工作.此控制算法的仿真结果说明,它使系统具有良好的动、静态特性和自适应性.     

基于FFT的国标数字电视系统帧头模式捕获方法

在分析国标数字电视传输系统帧头信号特征的基础上,提出一种基于FFT(Fast Fourier Transforms)的帧头PN (Pseudorandom Noise)模式捕获方法.该方法基于每种帧头的特点及硬件实现的难易程度,选取3种特定的本地基础序列在各自通道中与接收到的信号帧进行基于FFT的相关运算,并通过比较每通道的相关峰值与相应的判决门限来判定本通道是否捕获成功,从而选择捕获成功的通道所对应的帧头模式作为最终识别出的帧头模式.与应用时域相关运算的捕获识别方法相比,提出的方法能够降低计算复杂度,提高捕获速度.仿真结果显示,该方法能够捕获识别出各种帧头PN模式,验证了方法的可行性.     

基于参数估计的航空直流电动机虚拟测试系统

介绍了参数估计法(基于方脉冲函数与最小二乘法)应用于航空永磁直流电动机的虚拟测试系统原理.首先由参数法估计出电机的机电参数,然后通过电动机的机电参数与其多个物理量及特性之间的函数关系,得到相关的物理量和静、动态特性,并能进行故障检测与诊断.实现了该系统强大和完备的测试功能.      

功率级无刷直流电动机四象限运行模拟器设计

针对无刷直流电动机（BLDCM）驱动控制器在研发过程中全工况测试困难、测试成本高和研发周期长的问题，提出了一种采用分区间采样和解算方法的、具有四象限运行能力的功率级（PHIL）无刷直流电动机模拟器，替代实物电动机和机械负载装置完成对两两导通控制方式下无刷直流电动机驱动控制器的各项性能测试与可靠性试验。该模拟器由实时仿真器、电动机模拟变换器和多级式双向变换器3部分组成，实时仿真器负责采集被测电动机驱动控制器输出的PWM电压，实时解算电动机模型得到三相电流指令，控制电动机模拟变换器生成三相电流，多级式双向变换器负责维持模拟器输入、输出间的能量平衡关系，从而实现对四象限运行时无刷直流电动机的功率级模拟。实验结果表明:所提出的功率级无刷直流电动机模拟器模拟精度高、实时性好、测试灵活，能够有效替代实物电动机和机械负载装置，满足电动机驱动控制器的测试需求。      

飞行控制用无刷直流电动机的电磁设计

 飞行控制中机电作动系统的发展是全电飞机的重要技术之一,而无刷直流电动机是其中的关键部件.采用钐钴永磁材料可以明显地减轻电机的质量和提高效率,该电机能在低惯量下输出高转矩,具有良好的快速响应能力.但电机体积主要受定子损耗引起的发热和温升的限制,与永磁材料的磁能积无关.另外,脉宽调制逆变器电源将使电机的铁损耗大大增加.根据逆变器电源的特点,结合电机的技术指标和对功率/质量、峰值转矩/转子惯量等要求,提出了该电机设计时应考虑的主要电磁因素.     

基于参数估计和FuzzyARTMAP的直流电动机故障诊断

为提高电机质量和实现系统监控,提出用方波脉冲函数变换法估计电动机参数和用模糊自适应谐振网络(Fuzzy ARTMAP)进行电动机故障诊断.该方法可以在线获得电动机的机电参数,从而了解电动机的工作情况.充分利用Fuzzy ARTMAP网络的模式分类能力,不但可以诊断出故障的类型,还可以诊断出故障的严重程度.仿真及实验结果证明了所提方法的有效性.      

非线性系统多故障诊断方法

给出了非线性系统的一种基于模糊奇偶方程的多故障诊断方法.解决了非线性系统中同时出现多种故障时的故障检测与识别问题.首先构造线性系统的全解耦奇偶方程,再应用T-S模型融合非线性系统各个工作点处的线性模型的全解耦奇偶方程得到模糊奇偶方程.模糊奇偶方程产生的残差仅对一个执行器故障敏感、对一个传感器不敏感,而对其他执行器不敏感、对其他传感器敏感.将传感器和执行器故障模型表示成偏差的形式,根据残差信息可以估计出故障的模型参数.给出了应用递推最小二乘方法对各故障模型的参数进行估计的方法.给出了铁路牵引控制系统的感应电机仿真实例.结果表明,新方法能够对传感器故障和执行器故障同时存在的多故障进行诊断.     

无位置传感器BLDCM反电势信号相移补偿研究

无位置传感器无刷直流电机（BLDCM）大多采用反电势过零点法检测转子位置,为消除干扰需对反电势过零信号进行滤波,而滤波电路使反电势的过零点产生与速度有关的相移.针对滤波后反电势过零点的相移问题,本文提出电机在低速段和高速段采用不同滤波器的新方法,解决了动态相移对换相过程的影响.最后给出以TMS320LF2407A为控制核心的实验平台,实验结果表明该方法的正确性和有效性.     

液压不完全约束传动系统建模及控制算法

目前不完全约束传动机构(NCT,Nonholonomic Constraint Transmission)全部采用电机驱动,存在结构复杂、造价昂贵等不足.在变量泵串连组成的闭式液压系统中液体流量具有连续性,泵的转速和排量成反比,通过调节变量泵排量可以达到调节变量泵转速的目的,据此原理提出液压不完全约束传动系统(HNCTS,Hydraulic Nonholonomic Constraint Transmission System).介绍了由变量泵串连组成的HNCTS原理方案,阐述了HNCTS的优点,建立了基于HNCTS的两自由度平面Cobot数学模型,使用模糊控制算法实现了HNCTS的控制,最后进行仿真研究.仿真结果表明:①模糊控制算法可以实现HNCTS的解耦控制;②HNCTS可以实现Cobot的被动约束控制、跟踪期望轨迹.      

总线互连故障的一种快速诊断算法

数字总线的互连测试与故障诊断对于电子产品的生产和维护具有重要的意义.针对现有算法存在冗余测试以及测试时间长等问题,通过对总线互连故障的特征分析,提出了一种自适应快速诊断算法.该算法将测试过程分成两个阶段:第1阶段,诊断各个超网络上的短路和呆滞故障,按照短路关系将超网络分成若干集合;第2阶段,根据第1阶段的分组结果,对各集合中的超网络加载"并行走步1"向量,以诊断其开路故障.仿真结果表明,该算法可在保证故障诊断最大化的前提下,减少冗余测试,有效压缩测试向量长度,实现故障的快速诊断.      

磁悬浮反作用飞轮无刷直流电机转矩脉动抑制策略

无磁链反馈直接转矩控制（DTC）因转矩响应速度快,为小电感磁悬浮反作用飞轮（MSRF）无刷直流电机（BLDCM）的转矩脉动抑制提供了可能,但其bang-bang控制器使电机转矩脉动较大。为解决此问题,对影响转矩脉动的换相和非导通相续流过程进行了数学建模,并得出电机转矩与绕组电流的关系,提出一种基于转矩预测的转矩控制方法,能够有效减小转矩脉动,并证明了所提策略的稳定性和鲁棒性。在采用滑模观测器（SMO）进行反电动势估计时,提出一种新的带有参数的光滑连续函数替换符号函数,有效地抑制了滑模观测器的抖振现象。仿真和实验结果表明,所提出的基于改进滑模观测器和转矩预测的改进转矩控制方法相对于传统直接转矩控制能够更好地抑制转矩脉动,而且转矩响应速度基本不变。