北京航空航天大学学报

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黄成涛, 王立新

2013, 39(4): 427-431.

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摘要:
建立了无人机系统模型,根据通信数据链存在时延、无人机飞行员不能直接感受到无人机的过载信息等特点,参照有人驾驶飞机飞行品质准则,提出了遥控模式下无人机系统纵向飞行品质的评定方法.对某算例无人机系统的纵向短周期飞行品质及驾驶员诱发振荡(PIO,Pilot-induced Oscillations)趋势进行了评定及分析.结果表明:通信数据链对无人机系统的短周期频率、阻尼等特性的影响较小;但是,无人机飞行员在地面控制站遥控操纵无人机时,通信数据链时延会增加无人机系统的延迟时间,导致闭环操纵的短周期飞行品质发生降级,并具有PIO倾向;为避免发生PIO,应避免无人机在遥控模式下执行快速机动飞行任务.

自抗扰控制技术在转台频响伺服中的应用

付永领, 龙满林, 郭栋, 牛建军

2013, 39(4): 432-436.

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摘要:
在转台频响伺服中,针对低频和低速时干扰难补偿、高频时相位滞后和幅值衰减程度急剧恶化、常规控制策略严重依赖精确对象模型等难题,引入不依赖精确对象模型的自抗扰控制技术,并设计了控制系统.控制系统中,自抗扰控制器用来在线观测补偿干扰,前置处理单元用来补偿相位和幅值.控制系统应用到转台频响伺服中,实测得到的"双十"标准下最大跟踪频率和扫频频率都大于转台出厂时的验收指标.实测结果表明:自抗扰控制技术应用到转台频响伺服中可以有效提升转台的频响性能.

直升机光纤陀螺IMU抗振设计及实时滤波方法

任剡, 房建成, 许端

2013, 39(4): 437-441.

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摘要:
振动引起光纤陀螺(FOG, Fiber Optic Gyroscope)零偏误差,非线性、非高斯随机噪声及由其组成的惯性测量单元(IMU, Inertial Measurement Unit)非互易性解算误差,针对直升机航向姿态测量误差问题,提出了一种FOG IMU的机械减振与数据滤波相结合的振动抑制方法,建立了FOG IMU减振装置数学模型,通过优化设计实现线、角运动通道振动解耦,从物理上消除外界高频干扰振动源;研究实时小运算量、低时延数据滤波方法,抑制减振装置谐振干扰和惯性器件噪声,进而减小捷联解算非互易性误差.实验结果表明:采用该方法能有效地抑制外界干扰振动和系统噪声,保证FOG IMU...

舰载直升机旋翼/机体耦合动力学稳定性

刘洋, 向锦武

2013, 39(4): 442-446.

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摘要:
建立了舰载直升机和舰船运动耦合动力学模型,考虑了舰载直升机起落架非线性和非对称的特点,并将舰船振动自由度与旋翼/机体系统相结合分析了直升机系统耦合动力学稳定性.舰载直升机采用无轴承旋翼,用中等变形梁理论建立桨叶、柔性梁和扭矩套的有限元模型,考虑桨叶多路传力特点和桨叶根部的摆振销与变距拉杆的约束.起落架包括液压作动器和橡胶轮胎,起落架系统具有非线性特点,在不同载荷下其刚度和阻尼都不同.采用所建立的动力学模型分析了舰载直升机的"舰面共振"动力学特性,首先通过算例中的无轴承旋翼直升机"地面共振"频率与阻尼曲线验证了旋翼机体耦合模型的正确性.其次发现舰船在横摇振动情况下,旋翼/机体耦合系统的旋翼不稳定...

基于结合力模型的自适应飞机防滑刹车控制

李丰羽, 焦宗夏

2013, 39(4): 447-452.

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摘要:
飞机在起飞和着陆过程中刹车系统工作的可靠性和效率的提高,对提升整个飞行周期的安全性有着重要的意义.针对不同的跑道状况(干、湿等)、跑道材质(沥青、软土)或温度等条件下,飞机轮胎与跑道之间的结合力会存在较大差异而直接影响刹车效果甚至有效性的问题,采用与速度相关的动态LuGre摩擦力模型表示结合力,将未知的跑道状态映射到结合力模型参数,通过对模型参数进行估计,达到对跑道状态进行识别的目的.首先建立飞机机体和机轮动力学模型,使用状态观测器对结合力模型中不可测量的内部摩擦状态变量进行估计,并由自适应律获得当前跑道状态对应的模型参数,而后在线求解结合力模型的伪稳态模型得到结合系数最大值及相应的滑移率,将...

飞机目标静态与动态测量的姿态一致性

李金梁, 曾勇虎, 周波, 付海波

2013, 39(4): 453-457.

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摘要:
对飞机目标静态与动态测量对比时的姿态一致性开展研究.介绍了目标特性测量中常用的几种坐标系,并给出了其相互转换关系.对静态测量和动态测量时典型的雷达视线和飞机目标的相对位置关系进行了分析,给出了静态测量和动态测量之间姿态解算的流程图.结合仿真实例,给出了某飞行航迹下雷达测量得到的飞机航迹结果,解算得到了飞行过程中极化坐标系和目标坐标系下雷达视线和飞机目标的相对位置关系.该研究成果有助于正确进行静态测量和动态测量时目标特性的对比,对于目标特性的动态仿真也具有一定的指导作用.

一种改进的多目标粒子群优化算法

刘宝宁, 章卫国, 李广文, 聂瑞

2013, 39(4): 458-462,473.

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摘要:
为了增强多目标粒子群优化算法的收敛性与多样性,提出一种改进的多目标粒子群算法.采用Kent映射对种群进行初始化,并将目标空间均匀划分为若干扇形区域;基于一种新的多样性和收敛性判定标准,选取合适的收敛性最优解和多样性最优解,并提出一种改进的粒子群更新公式进行全局搜索;采用聚类算法对外部种群与坐标轴夹角进行分析,维护外部种群.通过标准测试函数的仿真实验,与多目标优化算法基本MOPSO(Multi-objective Particle Swarm Optimization Algorithm)和NSGA-II(Nondominated Sorting Genetic Algorithm II)进行对...

基于自动有限元建模的民机机翼结构布局优化

闫伟天, 罗明强, 刘虎, 武哲

2013, 39(4): 463-468.

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摘要:
针对民用飞机中广泛采用的双梁式机翼结构,以机翼结构纵向构件(长桁)和横向构件(翼肋)的数量为参数生成机翼CAD模型,然后基于Patran的PCL(Patran Command Language)语言,根据整体模型分割、局部模型编号、局部网格控制、整体有限元生成的思路,实现了以纵向和横向构件的数量变化为基础自动进行机翼结构有限元模型的构建及分析,并将上述流程集成到机翼结构的布局优化中.最后参照某大型民用飞机的机翼外形尺寸建立了CAD模型,以机翼的静强度、刚度和蒙皮稳定性为约束,以机翼结构质量最低为目标,对上、下蒙皮长桁和翼肋数量进行了优化.优化后的布局使机翼结构质量降低了10.1%,表明了布局优...

不完全加速退化的三参数幂模型线性化方法

马小兵, 常士华, 陈云霞

2013, 39(4): 469-473.

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摘要:
针对加速度计零偏和标度因数不完全加速退化数据的非线性预测问题,提出一种加速度计加速退化的三参数幂函数模型线性化方法.该方法假设三参数幂函数退化轨迹模型的幂指数与加速应力无关,考虑到不同应力水平的试验时间相当时,较高应力下的参数退化速率较快,其退化轨迹与较低应力水平的相比,退化量更加接近性能参数的失效阈值,而低应力水平下退化量与失效阈值差距较大,因此最高应力水平下的退化轨迹更能反映加速度计性能参数的长期非线性退化规律.据此进一步提出了加速退化数据三参数幂函数模型幂指数确定的均方相关系数最大化原则,该原则通过高应力水平试验数据确定模型的幂指数,由此实现三参数幂函数模型的线性化,克服由于初值敏感而导...

基于地面实验的蒙皮换热器高空换热性能分析

党晓民, 庞丽萍, 林贵平

2013, 39(4): 474-477.

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摘要:
面向未来我国大功率机载电子设备冷却需求,需要发展新型机载冷却方式,减少对传统环控制冷系统的依赖,为此研究了一种气/气蒙皮换热器用于电子设备热管理.该蒙皮换热器是一种无能耗被动换热方式,在不增加飞机代偿损失的情况下实现大功率电子设备热管理.为了考核所设计的蒙皮换热器机载飞机环境换热性能,设计加工了实验样件,在地面开展了换热性能实验研究工作,获得热边流动传热准则和对流换热系数.在此基础上推演出高空巡航状态下的蒙皮换热器换热性能,获得传热最不利安装位置和改进位置时的传热性能.研究工作预期为未来我国基于蒙皮换热器的飞机综合热管理提供设计及机载应用技术支持.

基于遗传算法的层合板分级铺层全局优化

刘振国, 胡杰, 胡龙

2013, 39(4): 478-483.

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摘要:
针对受力分布差异较大的层合板,提出了一种复合材料铺层分级遗传优化方法.通过将结构铺层分解成全局铺层和各个区域铺层的方式,在分区域设计铺层的同时兼顾区域间的连接与较高的计算效率.针对性设计基因编码和遗传算子,各铺层基因分别进行独立遗传优化.编写了基于经典层合板理论的层合板截面刚度矩阵子程序,结合有限元方法(FEM,Finite Element Method)实现对模型的力学分析计算,获取挠度、重量等作为目标函数参数,根据Tsai-Wu失效准则判断是否破坏作为限制条件.算例证明:铺层分级优化结果合理可信,承力效果较整体铺层优化结果更好.

纳米银膏与微米银膏烧结连接对比

朱颖, 唐善平, 闫剑锋, 邹贵生

2013, 39(4): 484-487.

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摘要:
用粒径20~80nm的纳米银膏和粒径1~3μm的微米银膏进行了烧结连接镀银铜块的对比实验.借助热/力物理模拟试验机Gleeble 1500D对接头剪切强度进行了测定.用扫描电镜及能谱分析仪对接头的微观组织进行了观察和分析.结果表明:在相同的连接条件下纳米银膏烧结连接的剪切强度明显高于微米银膏烧结连接的剪切强度.接头断口和显微组织分析表明,在相同条件下,纳米银膏烧结接头组织的质密性好于微米银膏烧结接头的组织质密性.在微米银连接接头中,由于Cu块-烧结银层间的界面处存在裂纹,其剪切强度较低.

Monotonicity-Preserving激波捕捉格式在湍流大尺度模拟中的评估

崔健, 方剑, 苑敬周, 陆利蓬

2013, 39(4): 488-493.

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摘要:
对高阶激波捕捉格式的性能进行了系统的测评,重点分析了Suresh和Huynh(1997)所提出的Monotonicity-Preserving格式的性能.结果表明Monotonicity-Preserving格式的性能显著优于原始WENO(Weighted Essentially Non-Oscillatory) 格式,和改进型WENO格式相当.对格式的分析进一步表明,迎风型的激波捕捉格式在湍流模拟方面的性能都不及高阶中心格式,其原因归结为激波捕捉格式所包含的线性和非线性耗散.因此,改进高阶激波捕捉格式的关键在于同时降低格式的线性耗散和非线性耗散,以提高格式对湍流脉动能量的保持和对小尺度脉动结...

复合材料加筋板后屈曲承载能力工程分析方法

王菲菲, 崔德刚, 熊强, 罗小强

2013, 39(4): 494-497.

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摘要:
根据复合材料的力学特性,结合有限元理论和工程经验,提出了一种计算复合材料加筋板结构后屈曲承载能力的工程简化理论与方法,并以复合材料J型加筋板计算模型为例,从工程角度说明了计算后屈曲承载能力的思路与公式.利用该方法通过算例计算,将计算结果与实验结果进行对比,发现该种复合材料加筋板稳定性计算方法可以解决后屈曲的几何非线性带来的计算难度,能保持较高的精度,并可用于飞机结构设计的实际应用中.

模糊判别在软件可靠性加速测试中的应用

郑峰, 艾骏, 尚京威, 王金辉

2013, 39(4): 498-502.

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摘要:
从软件可靠性测试的基本特点出发,分析软件可靠性测试用例之间存在的相似性;并利用模糊数学中的一系列原理,对软件可靠性测试用例特征进行处理;对测试用例相似性进行组合模糊判别,若相似性达到一定置信度,则对该测试用例进行不执行而累积测试时间的处理过程,从而加速软件可靠性测试.该方法只对软件可靠性测试用例特征进行分析处理,对软件可靠性评估模型没有影响,因此一定程度上减小了评估误差,同时在软件可靠性加速测试方面进行了新的尝试.

基于粒子滤波和不确定图的动态系统诊断方法

王冬, 李景文, 冯文全, 朱楠

2013, 39(4): 503-507.

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摘要:
在动态系统基于模型诊断中,状态空间大小与元件个数、时间是双指数关系.K-Best枚举方法每个时刻只考虑K个可能性最大的状态,有效减小了枚举空间,但当系统复杂庞大或诊断周期长时,状态更新仍是一项巨大工程.提出一种结合粒子滤波和不确定图的动态系统诊断方法PF_LUG,利用粒子在状态空间的分布近似其概率,并用不确定图标签的反向匹配代替传统的正向轨迹枚举.算法有效解决了由时间导致的计算量增长问题,使时间对复杂度的影响由指数运算降为乘积运算.仿真结果表明该算法的运行时间相对诊断周期线性增长,比K-Best枚举有明显优势.

铝合金拉形粗晶临界预应变曲线的建立及应用

王昆, 万敏, 华程, 邵旭分

2013, 39(4): 508-511,516.

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摘要:
粗晶是铝合金蒙皮多道次拉形中常见的成形缺陷.根据实际蒙皮拉形过程和变形状态,按照"预拉伸-淬火-微观组织分析"的流程,对2024-O铝合金板材进行了不同应变路径下的试验,建立了晶粒大小和热处理前预拉伸量的关系.采用网格应变测量技术,确定了不同应变路径下的粗晶临界预应变,建立了粗晶临界预应变曲线.应用该曲线对蒙皮拉形过程进行了有限元分析,从而控制粗晶的产生.

纳米改性环氧树脂固化反应及表面与摩擦性能

宋起超, 周真, 杨春光

2013, 39(4): 512-516.

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摘要:
利用纳米粉末橡胶结合无机纳米氧化铝以改善环氧树脂的表面强度性能和摩擦性能.采用差示扫描量热法(DSC,Differential Scanning Calorimeter)研究了纳米改性环氧树脂的固化反应动力学; 采用动态超微硬度表征了纳米复合材料的表面强度; 评价了纳米改性环氧树脂复合材料的摩擦系数.结果表明, 纳米复合材料与环氧树脂具有相同的固化反应机理, 单一纳米粒子的加入降低了固化反应的表观活化能, 两种纳米粒子的复配使用增加了固化反应的表观活化能.纳米粒子使固化反应程度下降, 导致固化反应热显著下降.复配使用纳米氧化铝和纳米粉末橡胶能够改善环氧树脂复合材料的摩擦系数、表面硬度和弹性模量...

一种改进的运动目标抗遮挡跟踪算法

赵龙, 肖军波

2013, 39(4): 517-520.

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摘要:
为解决运动目标在遮挡情况下的跟踪问题,提出一种基于目标运动预测与自适应多子块模板匹配相结合的抗遮挡跟踪算法.该算法建立了多子块模板匹配相关算法中遮挡情况的判定、子块模板匹配及自适应更新等准则,采用卡尔曼滤波模型预测目标在遮挡时的运动轨迹,并利用一种基于目标速度矢量的模板定位规则实现目标在遮挡结束后的接力跟踪.将该算法应用于存在多种遮挡情况下的实际视频中进行测试,实验结果表明:该算法不仅能够实现在部分遮挡情况下的目标跟踪,而且能在严重遮挡、甚至完全遮挡情况下对刚体和非刚体目标进行稳定有效地跟踪,保持目标运动轨迹的可靠性和完整性.

机抖激光陀螺误差输出特性的分析

王琛琛, 王新龙

2013, 39(4): 521-524,530.

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摘要:
抖动机构作为机抖激光陀螺的关键环节,其参数的选择直接影响着机抖激光陀螺的误差输出特性.为了在陀螺设计时选择最佳抖动参数,提高机抖激光陀螺的测量精度,根据抖动偏频的基本原理,对抖动参数对机抖激光陀螺的偏置误差、刻度因子误差、角度随机游走误差的影响进行了深入分析.结果表明:机抖激光陀螺的偏置误差随着抖动幅度的减小而减小;在一定范围内刻度因子误差随着抖动幅度的增大而增大,超出这个范围随着抖动幅度的增大而减小;减小抖动角幅度可减小角度随机游误差.

不确定气动载荷计算的区间分析方法

黄仁, 邱志平

2013, 39(4): 525-530.

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摘要:
研究微小型飞行器在大气飞行时受到连续阵风干扰后气动升力的预测问题,考虑von Karman谱参数的不确定性,将其用区间向量定量化,基于区间扩张理论和Taylor级数展开,并结合非定常气动力理论,提出了一种考虑飞行环境不确定性的非定常气动载荷计算的区间分析方法.该方法只需要知道不确定参数所在范围的界限,而不需要其他概率信息,为解决不确定气动载荷计算这种复杂问题提供了一个途径.通过数值算例,将区间分析方法与概率方法的结果进行了比较,显示了区间分析方法是可行并有效的.

基于衬底偏置的超低耗电流复用混频器

申晶, 张晓林

2013, 39(4): 531-534.

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摘要:
基于SMIC 0. 18μm 1P6M CMOS工艺,设计实现了一种工作在0.6V超低电源电压下的混频器.该混频器跨导级采用自偏置的互补跨导结构,并与开关级构成折叠结构,大大降低了电源电压;电路中所有的MOS管衬底均加有固定偏置电压,减小了MOS管的阈值电压,实现了超低电压超低功耗的设计;并采用电流复用技术,改善了电路的噪声性能,并提高了其转换增益和线性度.该混频器核心电路尺寸为460μm×400μm,当射频信号、本振信号和中频信号分别为1575MHz,1400MHz和175MHz时,仿真表明,该混频器转换增益(G_c)为6.1dB,双边带噪声系数为14dB,输入1dB压缩点为-16.67dBm...

用于海洋磁测的芯片量子干涉磁力仪

关丽娟, 康智慧, 王增斌

2013, 39(4): 535-539.

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摘要:
随着海洋环境探测工作的发展,海域磁测对磁力仪在微小型化、高精度方面提出了新的需求.在介绍了几个常见的弱磁场测量仪器后,重点分析了一种基于双光场量子干涉效应的磁力仪.根据在磁场中光与原子相互作用的物理机制,阐析了利用量子干涉效应进行高精度磁场测量的基本原理.在此基础上,分析了在芯片上实现量子干涉磁力仪的可能性,详细讨论了芯片量子干涉磁力仪的一种设计方案,并给出了芯片量子干涉磁力仪的性能预期以及其在海洋磁测领域的应用前景.

粘弹性材料阻抗非局域特性实验验证

金中坤, 王同庆, 杨明绥, 王晋

2013, 39(4): 540-543.

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摘要:
基于材料透射阻抗的定义阐述了粘弹性材料的局域和非局域性质,并阐述了阻抗矩阵和频响函数矩阵之间的关系.通过将声压表面力的分布离散为等效点力的方法导出了频响函数表达式.基于频响函数矩阵元素的表达式,对粘弹性材料平板进行了点力激振下振动透射的频响测量实验,同时用粘弹性有限元方法数值计算了该板的振动频率响应,实验和数值结果的一致不但验证了粘弹性材料频率响应和声阻抗的非局域特性,也说明了实验及数值方法的正确,为进一步研究打下基础.

高速热气流模拟风洞的供油流量控制

蔡超志, 李运华, 滕丰健

2013, 39(4): 544-548.

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摘要:
根据高速热气流风洞模拟实验系统对供油系统的要求,设计了基于变频调速加旁路比例节流阀调节的燃油供给系统.通过分析系统各个环节的特点,建立了系统的数学模型.针对燃油供给系统流量反馈的大纯滞后特性,提出了模糊PID(Proportion Integration Differentiation)加预测控制的控制策略.仿真和实验表明:所提出的控制策略满足了高速热气流模拟实验系统对燃油流量控制品质的要求,控制效果优于普通的PID和模糊PID控制策略.

热处理对粉末冶金TiAl双态组织与性能的影响

苏美科, 郑立静, 张虎, 郎泽保

2013, 39(4): 549-552,558.

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摘要:
对粉末冶金制备的Ti-46Al-2Cr-2Nb-(B,W)(at%)合金在1 280 ℃进行直接热处理,通过3种不同冷却速度获得了不同的双态组织.当冷却速度为50℃/min时,组织中的α晶粒通过析出γ片形成片层团,获得主要由片层团和γ相组成的双态组织,组织中过高片层体积分数导致拉伸延长率不高;而冷却速度为10℃/min 和5℃/min时,形成了主要由α₂晶粒和γ相组成的双相组织,α₂晶粒的存在进一步降低了材料室温延长率.

基于小波变换和GM-ARMA的导弹备件消耗预测

赵建忠, 徐廷学, 葛先军, 尹延涛

2013, 39(4): 553-558.

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摘要:
针对导弹备件消耗呈现"小样本、非平稳"的特点, 为了克服传统预测方法依靠大样本数据进行建模的不足,提出了把基于小波变换和改进GM-ARMA的组合预测方法应用于导弹备件消耗预测的构想.在利用小波分解和其他模型建立组合模型的过程中,提出了先对小波基方程和分解层数2个特征进行参数化,再定量地对所有子模型的特征参数进行统一、综合的评估,以达到建立最佳组合模型的目的;然后对具有平稳特性的高频信息用阻尼最小二乘法优化的ARMA(Autoregressive and Moving Average)模型进行预测,对反映整体趋势体现非平稳的低频信息用背景值优化和数据变换技术改进的GM(1,1)模型进行预测.实例...

基于性能可靠性约束的智能液压泵节能优化

黄伯超, 王少萍, 孟奕璇, 石健

2013, 39(4): 559-563.

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摘要:
考虑飞机飞行剖面的多变性,针对智能液压泵变压力变流量的特点,提出一种多模性能可靠性分析方法.推导2类工作模式的传递函数模型,分析智能泵性能的主要影响因素,基于累积损伤理论构建多阶段任务可靠性模型.以系统工作效率为目标函数,性能可靠性指标为约束条件,对智能泵作优化设计.最后用优化所得参数求系统在各阶段的性能可靠度,并与机载液压系统常用的恒压泵作节能对比.结果表明:提出的基于节能的智能泵性能可靠性分析方法符合系统实际工况要求,相比传统恒压泵系统,智能泵系统的平均效率可提高15.8%.

基于FFT和专家系统的BLDCM系统故障检测与识别

王欣, 周元钧, 马齐爽

2013, 39(4): 564-568.

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摘要:
针对具有双通道结构的无刷直流电动机(BLDCM, Brushless DC Motor)容错系统的高可靠性要求和大范围调速特点,在不增加额外设备的条件下,通过分析两个通道中功率电路直流母线电流波形的特点,提出一种采用归一化快速傅里叶变换(FFT, Fast Fourier Transform)方法提取频率特征,再结合基于规则的专家系统进行故障检测与识别的方法,并通过实际电动机系统的试验验证了方法的正确性.试验结果表明:规一化FFT方法可以消除不同转速和不同负载对判断结果的影响;专家系统中阈值的选取可以有效避免实际应用中出现的噪声等因素的影响.算法复杂度低,可靠性高,易于应用,具有很强的实际操作...