SYNTHETIC STRESS LIFE TESTING OF MECHATRONIC PRODUCTS UNDER VARIABLE STRESS SPECTRUM

Mechatronic products usually endure the variable stress spectrum when they operate in certain operational condition and environmental condition, which obey the Weibull distribution. In accordance with the features of mechatronic product, this paper analyzes the failure mode, its corresponding sensitive stress and the design principles of life testing profiles. Based on the above analyses, this paper presents a synthetic stress life testing method based on the hybrid Weibull distribution and its statistical method under variable stress spectrum to evaluate the reliability and life indices of mechatronic products. Because the mechatronic products have many characteristics such as high price, long life and small testing samples, the synthetic stress life testing method under variable load spectrum can simulate the real various spectra, decrease the life testing time and reduce the testing samples. So it is effective to carry out the life testing to mechatronic products. The application results of hydraulic pumps indicate that this method can easily handle the experimental data under variable amplitude spectrum, obtain the high precision parameters point estimation and confidence interval estimation and reduce the testing cost greatly.     

基于仿真模板的控制系统可靠性分析

提出面向对象的计算机辅助故障模式影响分析(CFMEA)方法,建立了控制系统仿真模板,将其数据、操作和性能封装成一个对象,对象间通过属性进行因果推理,实现FMEA向故障树(FTA)的自动转换.引入控制系统性能可靠性概念,建立控制系统性能和功能综合可靠性模型,开发相应的解算方法.实例分析证明了基于仿真模板的控制系统可靠性分析的有效性, 综合了功能和性能可靠性分析的优点.      

液压元部件测试性研究

对液压系统的主要元部件—液压泵的主要故障模式 ,详细研究了其失效机理 ,提出了相应的故障诊断方法 ,并利用试验系统对故障诊断方法进行了验证。研究表明 ,通过对液压泵压力信号、加速度信号及回油流量信号的测试 ,利用相应的故障诊断方法 ,可以有效地实现多故障诊断。本方法也适用于直轴泵     

一种爬壁机器人的动力学建模

City-Climber是1台爬壁机器人,为研究该机器人的3D路径规划问题,建立了City-Climber在方形房间内运动的运动学模型和动力学模型,该动力学模型包括3个子模型,机器人在地面、墙壁和天花板的运动分别用1个子模型描述.引入无量纲变量分别对3个子模型进行简化,再用Matlab软件对模型进行仿真,验证了动力学模型的正确性.该模型可用于解决City-Climber在3D环境下的路径规划和避障问题.     

基于混合整数线性规划的爬壁机器人路径规划

为研究City-Climber爬壁机器人在3D建筑物环境中的路径规划问题,基于混合整数线性规划(MILP, Mixed Integer Linear Programming),提出了一种适用于City-Climber的路径规划方法.为了用MILP方法解决避障问题,首先用限制机器人控制输入的方法对City-Climber的数学模型进行解耦和线性化,再介绍了用MILP方法对控制输入进行描述的数学表达式,并提出了适用于爬壁机器人的新型代价函数,最后以一个方形房间为运动环境,用AMPL和CPLEX优化软件,以及Matlab软件解算路径规划问题.仿真结果表明:MILP方法较好地解决了City-Climber在3D环境下的路径规划和避障问题.     

基于ODE参数辨识的液压伺服系统灰箱建模

 针对液压伺服系统常规"白箱"建模由于参数无法精确获得导致所得模型精度不高及"黑箱"建模所得模型内部结构未知的问题,本文提出基于ODE参数辨识的液压伺服系统"灰箱"建模。首先,建立了工程上实用的系统状态空间模型, 根据系统特征确定了待辨识参数,将模型辨识问题转化为常微分方程(ODE)参数辨识问题;然后,采用正弦扫频信号作为激励信号和基于带边界约束的信赖域优化算法的初值问题方法进行参数辨识;为了和ODE参数辨识结果进行对比,本文同时采用系统的频率响应数据和最小二乘法辨识得到系统的"黑箱"传递函数模型;最后,通过大量实验验证了辨识模型的精确度。实验结果表明,本文提出的基于信赖域算法的液压伺服系统模型辨识方法可以有效处理参数的边界问题,使辨识模型既具有实际的物理意义,又与实际系统高度符合。     

直升机行星架疲劳裂纹扩展寿命预测

直升机行星齿轮保持架（简称行星架）是传动系统的重要部件,其可靠性对于直升机的飞行安全至关重要。行星架疲劳裂纹故障的发生、发展受多种因素影响,其故障诊断和寿命预测都有难度。为准确预测行星架疲劳裂纹寿命,研究了其裂纹故障发生、发展规律,提出了基于对数线性的方法,将裂纹扩展过程离散化处理,采用Paris公式,定量描述裂纹扩展速率,结合Miner准则,累积其疲劳损伤过程,最终得到随裂纹长度变化的行星架剩余使用寿命数值。利用有限元软件ANSYS Workbench的疲劳寿命模块对计算得到的数值结果进行了仿真对比,验证了方法的精确性和有效性。      

基于专家系统的导弹发射车液压系统故障诊断

 液压系统为导弹发射车提供动力源,该系统运行的可靠性在不同程度上影响着导弹发射车的工作性能。针对导弹发射车液压系统故障知识的特点,提出了将领域专家经验分解成故障现象、故障原因和故障规则的知识表达方式,设计了由故障现象、故障原因分别构成故障规则前件和后件的知识获取方法,实现了故障知识的有效管理和维护。针对故障诊断流程图的结构特点,提出了故障诊断二叉树的概念,给出了将诊断流程图转化成故障诊断二叉树的方法,并在此基础上设计了基于故障诊断二叉树的故障推理机和基于二叉树前序遍历的故障解释机制。实践表明该专家系统的设计方法及原理具有一定实用性和通用性,对同类系统的设计具有很好的借鉴作用。     

一种爬壁机器人的动力学建模

City-Climber是1台爬壁机器人,为研究该机器人的3D路径规划问题,建立了City-Climber在方形房间内运动的运动学模型和动力学模型,该动力学模型包括3个子模型,机器人在地面、墙壁和天花板的运动分别用1个子模型描述.引入无量纲变量分别对3个子模型进行简化,再用Matlab软件对模型进行仿真,验证了动力学模型的正确性.该模型可用于解决City-Climber在3D环境下的路径规划和避障问题.     

航空液压泵柱塞游隙增大故障诊断

柱塞游隙增大是航空液压泵典型的渐进性故障之一,其故障特征模糊,样本有限,故障数据充满噪声,对其进行精确的故障诊断十分困难,因此提出了一种基于简约支持向量机的故障诊断方法.利用粗糙集对故障特征变量进行简约,去除冗余信息,在保证分类质量不变的前提下寻求覆盖系统故障特征的最小属性集合;将简约后的数据样本用来训练支持向量机进行故障分类.使用训练完成后的简约支持向量机进行故障诊断的实验结果表明,此种诊断方法适合于航空液压泵柱塞游隙增大的高精度故障诊断.