广义回归神经网络在冗余捷联惯导故障诊断中的应用研究

针对冗余捷联惯导的故障诊断问题，研究提出了一种基于广义回归神经网络的故障诊断方法。该方法在传感器输出数学模型未知的情况下，仅通过传感器之间的冗余关系，利用传感器正常工作时的测量值和改进的神经网络估计输出值生成残差进行故障诊断。仿真试验表明，利用神经网络补偿产生的残差可以检测到未补偿时的故障。该方法不仅可以检测到单故障，还对多传感器同时发生故障具有一定的检测能力。     

基于HIL的车用电机控制器故障保护策略测试

随着新能源汽车电控系统的发展以及复杂度和集成度的提高,整车故障保护策略已成为软件开发的重要组成部分之一,但测试难度较大且风险较高,尤其针对电机控制系统,传统的台架和实车测试往往不能满足需求。通过对电机控制系统故障保护策略及硬件在环(HIL)测试方案的介绍,并结合dSPACE仿真系统,针对车用电机控制单元搭建了信号级HIL仿真测试平台。借助上位机实时模拟电机不同故障工况,并进行试验和测试结果的分析,验证了电机控制器故障保护策略的正确性,同时体现出HIL测试方法的优越性。     

基于C8051的冗余CAN总线智能节点设计

为了提高CAN通信系统的可靠性,研究了基于C8051的冗余CAN总线系统.给出了系统结构图、硬件原理框图和软件流程图,详述了不同故障的检测方法和切换策略,开发了基于该冗余设计原理的CAN总线智能节点.实验系统的测试结果表明;当一条总线上出现故障致使通信不能正常进行时,系统可自动切换到另一路备份总线上继续工作,提高了总线通信的可靠性.     

第三类瞬时故障

 瞬时故障广泛存在于各种系统并导致功能失效。按照其导致系统故障的机理不同,瞬时故障可被划分为若干类。第一类瞬时故障具有这样的性质,其持续时间一旦超过某一界限即引起系统故障。第二类瞬时故障导致系统故障的概率与其出现时刻有关而与其持续时间无关。 本文讨论第三类瞬时故障并计算其在（0,t）时间内不导致系统故障的概率。第三类瞬时故障具有这样的性质,其导致系统故障的概率与其持续对间的关系服从某一分布。本文所建立的用于描述第三类瞬时故障的模型考虑了瞬时故障不出现状态FNP,以及瞬时故障不作用状态FN和瞬时故障作用状态FA向FNP的转移,但并没有假定状态之间的转移具有Markov性质。因而可被广泛接受。     

基于非对称SVPWM的电动汽车五相永磁无刷电机容错控制

针对电动汽车用五相永磁无刷电机单相开路故障,提出了一种基于非对称空间矢量脉宽调制策略的故障容错控制方案。新型故障容错控制的设计分为两个部分,对五相永磁无刷电机驱动系统开路故障下的电压矢量关系进行了分析,然后对空间矢量调制算法进行改进,即在一个扇区中选择构成不对称波形的开关状态作为输出。该非对称空间矢量调制可以降低非故障相的电流谐波和降低转矩脉动。基于试验平台开展了试验研究,试验结果验证了新型容错控制可实现系统故障期间的低转矩脉动,且保持较好的动态性能。     

模糊故障图的代数基础及应用分析

为了对不确定的故障关系进行描述和分析 ,提出了模糊故障图。定义并分析了它的代数基础—模糊间集、间集的链关系及一些相关概念 ,提出了基于模糊故障图进行故障诊断的方法 ,并应用于实际系统 ,较好地实现了模糊故障诊断。模糊故障图可以有效地描述复杂系统的故障关系 ,实现模糊的系统故障分析。     

基于奇偶方程的FADS传感器故障检测方法

重复使用运载器（RLV）的嵌入式大气数据传感系统（FADS）中传感器的高可靠性是RLV飞行控制系统高可靠性的保障。结合FADS采用多个测压点冗余配置的特点,利用各传感器测量值之间存在的解析冗余关系,设计奇偶方程,实现对各个测压点故障传感器的有效检测。     

多变量控制系统硬件冗余配置的定量分析

针对多变量控制系统的硬件冗余配置问题提出了一种定量分析方法,可以使设计者清楚地了解到系统中哪些部件的故障将造成系统失稳,哪些部件可以通过设计阶段仔细地选择控制器参数使之故障发生时系统仍具有一定的性能,从而为系统的冗余配置设计提供了客观的依据。文中以一个大型挠性空间站系统为例说明了所提方法的应用。     

电动无人机动力系统测试装置设计研究

针对电动无人机使用过程中性能下降及故障等问题,设计了一款应用于无人机动力系统故障检测的测试装置,采用杠杆结构作为升力测试机构,以降低地面效应的影响;转速测试部件采用可调机构,以适应不同的被测对象;对设备台架等关键部件结构进行了分析及优化。仿真试验结果表明,该装置运行平稳,与手工方法相比升力测试最大误差为0.1N,测试精度满足测试需求。最后,以桨叶故障为例,对无人机动力系统进行了故障测试,结合软件系统分析,该测试装置具有良好的测试性,可应用于无人机动力系统故障部件的检测。     

对称容错多重处理机的系统结构P件

为了故障检测和瞬时故障屏蔽的目的,提出了混合冗余多重处理机,每个处理机件和每个存(贝宁)模块是三重的。重新配置允许用备件代替失效件,并允许在备件耗尽后库存件重新组合。能容纳任意数目的处理件和存(贝宁)模块。混合冗余总线系统使处理机和存(贝宁)器互连,在那里总线的最初冗余是个设计参数。称为总线管理件(BGU)的舌门电路于许多地方,控制重新配置和测试,从而消除同时发生在一个模块上的失效事件的敏感性。重点应放在动态测试上,这种方法比其它容错计算机系统简单。用语索引——总线分配和转换、数字控制系统,故障检测,容锚计算机、高可系统,混合冗余,多重处理机、系统测试。     

基于扩展单故障策略的多故障诊断算法

目前存在的测试性分析和故障诊断工具基本都是基于单故障假设,这一假设已经不适用于拥有很多元器件的复杂系统或者在运行过程中很少或不具备维修机会的系统。针对这一问题,研究了有效的基于扩展单故障策略的多故障序贯测试算法。该算法以最优单故障策略为基础,通过应用附加测试来隔离隐藏故障;通过更新故障状态集,重新调用单故障策略来隔离冒充故障。以某型机载电子设备为例给出实例分析,验证了该算法隔离隐藏故障和冒充故障的有效性。     

Fault self-repair strategy based on evolvable hardware and reparation balance technology

In the face of harsh natural environment applications such as earth-orbiting and deep space satellites, underwater sea vehicles, strong electromagnetic interference and temperature stress,the circuits faults appear easily. Circuit faults will inevitably lead to serious losses of availability or impeded mission success without self-repair over the mission duration. Traditional fault-repair methods based on redundant fault-tolerant technique are straightforward to implement, yet their area, power and weight cost can be excessive. Moreover they utilize all plug-in or component level circuits to realize redundant backup, such that their applicability is limited. Hence, a novel selfrepair technology based on evolvable hardware（EHW） and reparation balance technology（RBT） is proposed. Its cost is low, and fault self-repair of various circuits and devices can be realized through dynamic configuration. Making full use of the fault signals, correcting circuit can be found through EHW technique to realize the balance and compensation of the fault output-signals. In this paper, the self-repair model was analyzed which based on EHW and RBT technique, the specific self-repair strategy was studied, the corresponding self-repair circuit fault system was designed, and the typical faults were simulated and analyzed which combined with the actual electronic devices. Simulation results demonstrated that the proposed fault self-repair strategy was feasible. Compared to traditional techniques, fault self-repair based on EHW consumes fewer hardware resources, and the scope of fault self-repair was expanded significantly.     

Prognostic Health Management of Aircraft Power Generators

In this paper, prognostic tools are developed to detect the onset of electrical failures in an aircraft power generator, and to predict the generator's remaining useful life (RUL). Focus is on the rotor circuit since failure mode, effects, and criticality analysis (FMECA) studies indicate that it is a high priority candidate for condition monitoring. A signature feature is developed and tested by seeded fault experiments to verify that the initial stages of rotor faults are observable under diverse generator load conditions. A tracking filter is used to assess the damage state and predict generator RUL. This information helps to avoid unexpected failures while reducing the overall life-cycle cost of the system.     

面向雷达天线平台的容错纠错策略及其FPGA实现

 针对雷达天线平台可能出现的传感器故障,提出了一种容错纠错策略。如果雷达天线平台周围的3条驱动腿中的某一个传感器发生故障,则可根据空间闭链机构约束,由其他正常工作驱动腿的传感器和中间从动腿的冗余传感器的测量值计算出故障传感器的应测值。推导了对应的位移传感器故障的容错重构算法,研究了基于现场可编程门阵列（FPGA）的上述容错策略的硬件实现方法。通过引入坐标旋转数字计算（CORDIC）算法使得FPGA运算中只需进行基本的移位和加/减操作;设计了基于FPGA的循环高速流水线处理器结构,使得重构算法的在线计算速度大大提高。仿真模拟了突变型传感器故障,结果表明,所提容错纠错方案能有效地保证雷达天线平台运行的安全性和可靠性。     

基于多目标的隐蔽功能故障检测间隔优化方法研究

飞机上有许多设备为了保证其自身功能的可靠性,大量地使用冗余、备份、保护、应急装置等技术,这些设备平时不投入使用,因此其故障具有隐蔽性,这样就容易导致二次故障影响其使用,从而也就降低了整体的经济性。因此,基于MsG-3分析原理,分别从使用性和经济性出发,建立了确定隐蔽功能故障检测间隔期的模型,以确定最佳的隐蔽故障检测间隔期,最后通过实例对模型进行了验证,表明了模型的合理性和有效性。     

基于FC光传总线的分布式容错系统组通信协议

分布式容错系统常用于构造高可靠的关键应用,其核心构件组通信协议(GCP)实现了带有可靠性语义的多对多的通信原语。本文主要讨论基于光纤通道(FC)总线用于分布式容错的组通信协议,探讨了使用冗余消息技术实现实时、可靠数据传输的方法,提出了将数据和控制消息分开处理来实现数据输入实时性和控制消息按因果顺序提交的算法,力求获得最大程度的并行性。提出并设计了基于领导者-跟随者的故障处理机制,利用两阶段事务处理协议实现故障处理中的视图同步和状态切换,给出了协议的设计原理和实现框架。最后给出了该协议在基于PowerPC单板计算机的三余度容错飞行控制计算机系统中的运行结果,并对该结果进行了简要分析。     

余度飞行控制系统的仿真研究

 余度技术是提高飞行自动控制系统可靠性的有效手段。本文通过对一种三余度控制系统的仿真研究,评述了信号选择器、比较器与主备式余度舵机的性能要求,分析了它们在故障的瞬态、故障监控的覆盖与减少误切除等方面的效果。     

Reconfigurable fault-tolerant control for supersonic missiles with actuator failures under actuation redundancy

Aircraft undergoing actuator failures into under-actuation have been seldom studied in literature. Aiming at addressing actuator failures of Total Loss of Effectiveness (TLOE) as well as Partial Loss of Effectiveness (PLOE) resulting in different system actuations, reconfigurable Fault-Tolerant Control (FTC) is proposed for supersonic wingless missiles under actuation redundancy. The under-actuated system of TLOE failure patterns is solved by transformation to cascade systems through a ‘shape variable’. Meanwhile, actuator TLOE faults of different unknown failure patterns from proper actuation to under-actuation are accommodated by a reconfigurable adaptive law on a multiple-model basis. The backstepping technique with the Extended State Observer (ESO) method adopted as a basic strategy is applied to an established symmetric coupled missile system with actuator PLOE faults, modeling errors, and external disturbances. Additionally, the nonlinear saturation characteristics of actuators are settled by an auxiliary system with the Nussbaum function technique. The stability of the control system is analyzed and proven through Lyapunov theory. Numerical simulations are implemented in the presences of aerodynamic uncertainties, gust disturbance, and actuator failures. Results demonstrate the effectiveness of the proposed method with satisfactory tracking performance and actuator fault tolerance capacity.     

基于神经网络的机械系统可靠性评价模型

机械系统相关失效的存在,严重地削弱了冗余结构的安全作用。从系统层的应力强度—干涉模型出发,通过Monte-Carlo仿真不同冗余系统的各阶失效概率,获得失效数据。利用BP神经网络算法的函数逼近功能、非线性映射功能和容错能力对系统相关失效概率模型进行离散化处理,建立系统失效概率与零件失效数据之间的非线性关系,进而构建基于神经网络的机械系统可靠性评价的参数化模型。利用该模型可以预测系统中的任意阶相关失效概率。实例给出其应用方法并与实验结果进行对比,表明该方法准确可靠。