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.      

飞行控制用无刷直流电动机的优化设计

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,而高速大功率密度的无刷直流电动机是其中的关键部件.为解决无刷直流电动机设计中的非线性优化问题,提出了使用遗传算法进行优化设计.为解决无刷直流电动机多目标优化问题,采用了多目标函数变量加权法,将多目标函数变成单目标函数进行优化计算.在计算中,为达到无刷直流电动机全局优化的目的,采用随机产生离散初始种群及随机交叉操作和变异操作方法.但由于采用随机交叉和变异操作,优化结果始终是发散的.为此采用优秀个体保护策略,加快了优化设计的收敛.在满足技术要求的前提下,通过计算达到了减小电机的体积重量、减小转子转动惯量及机电时间常数、提高无刷直流电动机功率密度的目的.      

压电结构系统机电耦合的强化与多阶共振抑制

提高压电系统的机电耦合程度可以提高压电分支电路对于结构机械振动的抑制效果.提出了一种可同时提高压电系统多阶模态机电耦合程度、进而实现对系统多阶共振进行控制的方法.首先通过对压电悬臂梁模型的理论研究揭示了将压电片的电极离散、并以不同方式连接可以导致系统的机电耦合程度发生改变的现象.在此基础上导出可刻划此现象的模态机电耦合函数;提出通过对模态机电耦合函数的优化寻求压电片电极的最佳离散方式和最佳连接方式,以获得对应某一模态的最大机电耦合函数值.为了对多阶共振抑制,提出引入选通电路,通过对含有选通电路的模态机电耦合函数的参数优化实现同时提高压电系统多模态机电耦合程度、进而抑制多阶共振的方法.结合数值实例对此方法进行说明.     

环路参数对数字闭环加速度计动态特性影响

数字闭环石英挠性加速度计在纯积分控制器下带宽仅有10 Hz左右,需要通过调整伺服电路结构参数来改善系统动态性能.针对这一问题,且为保证系统的无差性,设计了位置式比例积分控制器.建立闭环系统数学模型,利用隐函数求解的方法,得到了环路参数（包括采样点数、比例系数及积分系数）与系统闭环带宽的关系,同时分析了环路参数对系统稳定性及静态精度的影响.搭建系统实验样机并进行闭环带宽及零偏稳定性测试.结果表明,闭环系统带宽与环路参数成正相关关系,其中改变比例系数对系统动态特性的影响最为显著.实验结果与理论分析一致,为数字闭环加速度计动态特性调整提供理论依据及实验指导.      

动磁式线性电机理论研究与测试技术

本文以昆明物理研究所的SC100H线性斯特林制冷机为研究对象,对该制冷机采用的动磁式线性振荡电机磁路特性进行了理论与实验研究。建立了电机理论模型,对模型进行了结构简化以便于分析计算,利用等效磁路法和机电能量转换原理,分析电机推力特性与动子相对位置等的关系,利用拉力测试系统对电机在不同输入电流的推力特性进行了测试,测试结果与理论值很好的吻合,从而为电机结构参数和运行参数的设计优化提供了设计参考与依据。     

飞机机电综合管理框架下的液压系统仿真平台

在机电综合管理框架下,设计了飞机液压系统仿真平台,介绍了仿真平台的设计思想和总体架构,阐述了仿真平台各系统的工作原理和实现方式,分析了根据流量压力模拟液压负载用户外特性的思想,采用平均油温计算法对飞机在不同飞行阶段油液温度进行了模拟.给出了飞机液压综合管理仿真系统的设计方案以及仿真测试结果.仿真结果表明:在液压系统仿真平台上,能够有效地实现实际液压系统的所有功能特性,为飞机机电综合管理的最终实现提供有利支撑.     

飞行控制用无刷直流电动机容错运行方式

双重绕组无刷直流电动机构成的双通道机电作动系统(EMA,Electro-Mechanical Actuator),当一个通道故障时可以采用容错运行方式.分析了电动机在双绕组工作与单绕组工作时的机械特性、铜损耗与允许转矩.对样机的机械特性试验曲线分析可知,在相同的电压条件下,两种工作方式的机械特性有相同的理想空载转速,但容错工作时因负载产生的转速降将增大1倍.在功率损耗不变的条件下,容错工作时电动机的允许电流为额定值的1.4倍,允许转矩为额定值的0.7倍,通过样机的温升试验数据充分验证了这一点.探讨了双绕组运行时的电流均衡控制方法以及容错工作采取的措施,并用仿真曲线分析了容错工作方式下的动态性能.      

一种由压电双晶片测量压电材料参数的动态模型

根据悬臂梁式压电双晶片的动态导纳矩阵 ,提出一种压电材料参数动态测试模型 ,用于测量压电双晶片的几个主要材料参数 :压电应变常数d3 1、机电耦合系数k3 1、介电常数εT3 3 、弹性柔顺系数sE11及材料参数的温度特性。这种测量方法不同于通常的由标准试样测量压电材料参数的方法 ,它直接由一种实用元件—压电双晶片 (非标准试样 )测量压电材料的参数。介绍了测试原理、测试步骤及一种实际试样的测试结果。理论与实验结果表明 :这种新的测试方法是可行的。     

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.      

引入失效情形下某型液压电机可靠性分析

针对直接使用无失效数据对装备进行可靠性分析而产生的“冒进”问题，通过引入失效信息对数据进行综合处理，从而对可靠性参数进行合理的估计。以寿命服从指数分布的某型导弹液压电机为例，在其失效率的先验分布为Gamma分布且超参数均服从均匀分布时，证明了失效率在无失效数据时的期望Bayes（E-Bayes）估计法，提出了改进型的截尾试验时间的确定方法，通过引进失效信息，推导了失效率的综合E-Bayes估计法，并给出了可靠度的综合估计法。结合液压电机无失效数据实例，计算得到失效率和可靠度的综合E-Bayes估计，与现有的方法相比，二者的极差分别减小了22.33%和38.02%，说明了所提方法的合理性与可用性。      

基于遗传算法的双余度无刷直流电机优化设计

针对航空电作动系统用双余度无刷直流电机的方案寻优问题,提出了一种基于遗传算法的优化设计方法.通过分析航空作动系统的特点和性能要求得出电机优化设计的目标函数和约束条件.建立电机的电磁和热路模型,得到目标函数和约束条件的解析方程.其中,在电磁模型的建立过程中,采用解析方法得到气隙磁密和反电势系数表达式;在热路模型的建立过程中,采用Bertotti分立铁耗法计算铁心损耗,并利用热路法求解电机各部分的温升.通过遗传算法对电机重量全局寻优.计算结果表明:在满足性能要求的前提下,优化设计方案合理,电机重量减小了13.3%,验证了该优化设计和建模方法的有效性.      

BLDC电机温度退化多段Wiener过程建模

无刷直流（BLDC）电机应用广泛,其温度退化过程呈现多段性,需建立多段退化模型,而模型参数较多时,参数估计过程对初始值敏感且易陷入局部最优。首先,针对电机的加速退化数据进行研究,采用正态加权平均（Gauss滤波）的方式滤波,改进实际数据在模型参数的估计中的应用。然后,引入转换函数对Wiener模型改进,建立多段Wiener模型。其次,以极大化似然函数进行参数估计,计算时采用改进粒子群优化（PSO）算法得到估计值,对比非线性模型的残差的正态性,同时分析各模型理论寿命分布及实际该批次失效分布,确定多段模型合理性;得到的模型结果说明电机在退化过程中发生了退化机理的改变,且变换速度快。最后,以非线性模型不同时刻的寿命分布给出该应力下电机的寿命预测,这对电机的预测与健康管理（PHM）有重要意义。      

相似多细节结构疲劳试验不完全数据参数估计

讨论了用含相似多细节结构的不完全疲劳试验数据进行疲劳特征参量分布参数估计的方法.在假设疲劳寿命服从对数正态分布和双参数Weibull分布的情况下,分析了用于描述单个细节疲劳质量的随机变量的分布参数与含相似多细节结构不完全试验数据的分布参数之间的关系,分析表明二者之间存在显著的差异,但具有确定性的关系,这种关系与细节个数有关,给出了通过不完全试验数据估算单个细节疲劳分布参数的定量方法.通过数值模拟,分析了样本容量和细节个数对估算结果分散性的影响,分析表明,在细节数较少时,对分散性的影响与样本容量有关,与细节个数关系不大.      

可靠性增长的单调约束模型

大型复杂产品研制过程中每一阶段的试验数据通常具有小样本特征.对此在产品可靠性评估中,提出使用约束条件,即"下一阶段可靠度真值总是大于前一阶段",综合利用产品多阶段试验数据的方法.产品研制过程中可靠性通常是增长的,因此这种方法具有广泛的适用性.在上述约束条件下,可靠度被看作一个随机变量.首先推导出了可靠度在此条件下的分布函数表达式,然后给出了一种近似计算方法,最后通过一个实例与仅使用单阶段试验数据的评估结果作了对比.由于该方法的约束条件简单且可以求得可靠度的分布函数,因此其工程适应性强于传统的AMSAA(Army Materiel System Analysis Activity)模型,并能获得Duane模型无法给出的可靠度区间估计.     

基于模型诊断技术的神经网络实现方法

针对基于模型的故障诊断流程中故障检测和故障识别两个关键问题,提出了一种基于神经网络的实现方法.首先利用BP神经网络进行参数估计,并结合系统模型进行故障检测;然后采用ART2神经网络进行数据聚类,并基于聚类结果进行系统故障识别;最后,设计实现了基于BP/ART2神经网络的故障诊断系统.基于BP神经网络的参数估计方法可以准确地估计诊断对象在不同状态下的参数,为故障检测提供有效依据;基于ART2神经网络的数据聚类不仅可以识别对象的已知故障类型,还可以识别出未知故障,对先验信息较少的系统进行故障识别更具有效性.通过永磁直流电机故障诊断案例的应用,证明方法能具有一定的工程实用性.     

疲劳多裂纹扩展随机模型的参数估计方法

建立了用试验数据估计疲劳多裂纹扩展随机模型参数的方法,尤其为利用现有的单裂纹扩展试验数据,建立了用不完全数据估计多裂纹扩展参数的方法,为含多裂纹结构的概率损伤容限分析作准备.应用最小二乘原理,讨论了完全试验数据-并联远源裂纹和完全试验数据-近源裂纹2种情况下裂纹扩展参数的估计方法,考虑了裂纹扩展试验的2种极限情况,给出了估计结果偏于保守的不完全试验数据-近源裂纹情况下的裂纹扩展参数的估计方法.完善了疲劳多裂纹扩展随机模型,为模型的工程应用打下了基础.      

大虚警率下的多故障诊断算法

主要研究不可靠测试下多信号模型的多故障诊断问题。最优的多故障诊断是计算复杂度完全类(NP-Complete)问题,因此大型系统的诊断一般只能用次优的随机搜索算法。次梯度优化算法能够在虚警概率较小时给出较好的结果,但如果测试个数很多且虚警概率较大时,该算法就不能消除虚警的影响,会使估计的故障覆盖所有失败的测试,而不是找到系统真实的故障。针对这一问题,提出了能够同时考虑虚警和误警的目标函数,使算法能排除虚警的测试准确定位故障,并用改进的遗传算法搜索故障部件提高诊断速度。仿真诊断结果表明,同时发生故障的部件个数较少时,遗传算法的诊断速度明显优于次梯度优化算法,而且能够更有效地抑制虚警的影响。     

分布参数随机系统的条件滤波方法

针对分布参数随机系统在其控制输入,系统输出存在观测噪声情况下,提出了分布参数随机系统的条件滤波方法,使得在获得系统状态的最优估计的同时,可以得到关于不确知的控制输入的最优估值,该算法所具有的系统状态和控制输入的估计器结构上的相似性,为降低分布参数系统的滤波算法数值计算上的复杂性提供了一种解决途径,也使得该算法在工程实际中有较大的应用前景.