无人机舵机伺服系统的故障诊断和冗余技术

发布时间：2017-05-19 04:15

  本文关键词：无人机舵机伺服系统的故障诊断和冗余技术，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无人机的快速发展要求其飞行控制系统具有高可靠性,因此,伺服作动系统可靠性指标也日益增加。传统单回路伺服系统在任务可靠性上很难再有新的突破。本文阐述了以TMS320F28335为核心的余度舵机伺服系统的构建过程。首先应用可靠性工程中的故障树诊断方法,找出舵机系统中的薄弱环节。通过比较不同的冗余模型,选择了恰当的余度配置方案。详细分析了其重要组成部分的工作机理,并据此建立舵机系统的数学模型。针对得到的舵机模型,应用经典控制理论设计了三闭环位置伺服系统,并给出了基于simulink的仿真波形,证明该方案能较好地满足双余度舵机的控制要求。研究了几种故障表现形式对舵机性能的影响,提出了基于阈值判断的余度舵机故障检测方法,应用全数字方法论证了其有效性。对基于小波变换和神经网络的故障诊断方法进行了探索,验证了其对一些特定故障的有效性。提出了故障隔离以及处置的方法。最后,提出了双余度舵机的原理样机的设计方案。设计并调试了各个监控量的电路。编写并测试故障诊断模块的软件。设计上位机的监测界面,完成舵机故障时对于数据的观测。
【关键词】：电动舵机 故障树分析 经典控制理论 故障诊断 故障处理
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249.1;V267
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注释表10-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 课题研究背景和发展现状11-13
• 1.2 课题研究意义和目的13-15
• 1.3 论文各部分主要内容15-16
• 第二章 余度舵机的可靠性分析和系统构成16-27
• 2.1 单回路舵机可靠性分析基本理论16-18
• 2.2 舵机的故障树分析18-21
• 2.2.1 故障树的基本概念18-19
• 2.2.2 故障树的建立19-21
• 2.2.3 故障概率和相对重要度的计算21
• 2.3 冗余模型的比较21-24
• 2.4 舵机的余度配置24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 余度舵机数学建模及控制器设计27-36
• 3.1 舵机组成部分数学模型的建立27-31
• 3.1.1 直流电机建模27-28
• 3.1.2 驱动器及其数学模型28-29
• 3.1.3 减速传动机构及其数学模型29-30
• 3.1.4 反馈装置及其数学模型30-31
• 3.2 舵机控制器的三环控制策略31-35
• 3.2.1 电流环的设计31-32
• 3.2.2 转速环的设计32-33
• 3.2.3 位置环的设计33-35
• 3.3 本章小结35-36
• 第四章 故障诊断与余度管理36-51
• 4.1 舵机各模块典型故障特征36-38
• 4.2 基于阈值判别的故障诊断38-40
• 4.3 基于小波和BP神经网络的故障诊断40-48
• 4.3.1 小波变换和神经网络概述41-44
• 4.3.2 基于小波变换的故障特征提取44-45
• 4.3.3 基于神经网络的故障诊断45-47
• 4.3.4 故障申报47-48
• 4.4 故障处理48-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第五章 双余度舵机的实现51-66
• 5.1 机械结构的设计与实现51-52
• 5.2 双余度舵机系统硬件设计52-63
• 5.2.1 双余度舵机控制硬件52-58
• 5.2.2 双余度舵机检测硬件58-63
• 5.3 双余度舵机系统软件设计63-65
• 5.3.1 软件总体设计63
• 5.3.2 嵌入式DSP软件设计63-64
• 5.3.3 上位机监控程序设计64-65
• 5.4 本章小结65-66
• 第六章 总结和展望66-68
• 6.1 论文总结66
• 6.2 展望66-68
• 参考文献68-71
• 致谢71-72
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 董保童;任务可靠度的估算分析[J];飞机设计;2002年03期

2 周东华,DingX;容错控制理论及其应用[J];自动化学报;2000年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 高扬;电气传动自动控制系统优化设计方法研究[D];西北工业大学;2006年

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本文编号：377762