六维加速度传感器的故障诊断与精度特性研究

摘要

航空航天、机器人、生物医疗等技术的蓬勃发展无形中提高了人们对物体更多运动特征参量的测量要求，六维加速度传感器的研究顺势而生。在传感器发挥重要作用的同时，传感器故障会给系统带来数据的偏差甚至错误，造成财产甚至生命的损失。六维加速度传感器的故障诊断与修复研究意义重大。
　　基于九支链冗余并联六维加速度传感器的固有特征，建立故障诊断与修复模型。为了提高故障诊断与修复的能力，对六维加速度传感器进行结构改进以达到高效利用冗余信息的目的。改进后的六维加速度传感器在无故障的情况下，解耦精度不低于原结构解耦精度；在有故障且不影响传感器实时工作的前提下，不依赖于任何外界辅助设备，故障诊断修复率达34.56％。引入陀螺仪与六维加速度传感器组成测量系统，使其兼具故障诊断、修复和提高解耦精度的功能。通过分析陀螺仪的输出信息与六维加速度传感器各支链力之间的关系，结合传感器自身属性建立故障诊断与修复模型。为了更清晰、更直观地识别故障工况，提出三维故障诊断坐标系用于表示各信息量所对应的故障工况。分析表明，基于陀螺仪的六维加速度传感器无论是相比于原六维加速度传感器还是结构改进后的六维加速度传感器，其可修复工况与可诊断工况数目均有明显增加。在不影响实时性的情况下，其故障诊断修复率达到38.19%。结合陀螺仪输出提出一种新的解耦算法，针对三种误差源求解各自的误差方程并验证，从精度、效率和稳定性方面对比分析两种解耦算法。研究表明，基于陀螺仪的解耦算法精度更好、效率更高、鲁棒性更优。通过仿真和实验分别验证两种故障诊断与修复模型的正确性，仿真和试验结果均表明了模型的可行性。
　　研究证实了故障诊断与修复算法的正确性，探索了故障诊断与试验的可行性，对于促进六维加速度传感器的实用化具有参考价值。

目录

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2传感器故障分类

1.3传感器故障诊断与修复的研究现状及趋势

1.4论文的研究内容及结构安排

第二章 基于冗余特性的六维加速度传感器故障诊断与修复

2.1引言

2.2故障诊断对象及其解耦算法

2.3 基于结构改进的故障诊断及修复

2.4算例验证

2.5本章小结

第三章 基于陀螺仪的六维加速度传感器故障诊断与修复

3.1引言

3.2故障诊断系统与修复模型建立

3.3基于陀螺仪的故障诊断及修复

3.4算例验证

3.5本章小结

第四章 六维加速度传感器两种解耦算法的对比研究

4.1引言

4.2六维加速度传感器两种解耦算法的误差分析

4.3六维加速度传感器两种解耦算法的对比分析

4.4本章小结

第五章 六维加速度传感器故障诊断与修复的试验研究

5.1引言

5.2基于冗余特性的六维加速度传感器的故障诊断与修复试验

5.3基于陀螺仪的六维加速度传感器故障诊断与修复试验

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1主要工作与创新点

6.2不足与展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录A 传感器可诊断工况汇总表