一种多余度电静压伺服机构故障诊断方法及系统

本发明属于故障诊断，具体涉及一种多余度电静压伺服机构故障诊断方法及系统。

背景技术：

1、多余度电静压伺服机构是航空航天飞行器实现姿态调整的关键部件，伺服机构的工作状况直接决定了飞行器能否顺利完成飞行任务。作为未来航空航天伺服机构主要的发展方向和趋势，多余度电静压伺服机构的运行状态成为飞行器能否顺利完成飞行任务的关键因素，如果发生故障不能快速有效的处理，会直接导致飞行任务的失败，影响飞行安全。

2、电静压伺服机构主要由伺服电机、柱塞泵、驱动器和活塞作动器等零部件组成，相比于其他的伺服机构，电静压伺服机构具有效率高、易实现冗余设计和重载能力强等优点，但因其复杂的结构，恶劣的工作环境和苛刻的使用条件，使其存在很多故障模式，影响了作动指令的执行，因此要针对多余度电静压伺服机构的故障模式开展故障诊断研究，探寻有效的故障诊断方法，保证运行状态的稳定和运维成本的降低，为飞行任务的顺利完成提供重要保障。

3、目前针对电静压伺服机构的故障诊断技术主要为数据驱动，数据驱动故障诊断需要海量的设备运行数据和故障数据，从数据中寻找特征，诊断效果严重依赖数据的数量与质量，诊断效率低，并难以与机械设备的故障机理等知识结合，诊断结果可靠性差。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的数据驱动故障诊断需要海量的设备运行数据和故障数据，从数据中寻找特征，诊断效果严重依赖数据的数量与质量，诊断效率低，并且难以与机械设备的故障机理等知识结合，诊断结果可靠性差的技术问题，本发明提供一种多余度电静压伺服机构故障诊断方法及系统。

2、第一方面

3、本发明提供了一种多余度电静压伺服机构故障诊断方法，包括：

4、s101：建立关于多余度电静压伺服机构的数学模型，其中，多余度电静压伺服机构包括伺服电机、液压系统和负载系统；

5、s102：根据数学模型构建多余度电静压伺服机构的键合图模型和扩展卡尔曼滤波观测模型，其中，键合图模型包括伺服电机键合图模型、液压系统键合图模型和负载系统键合图模型；

6、s103：建立关于键合图模型的解析冗余关系式，并确定解析冗余关系式的冗余式残差阈值；

7、s104：结合解析冗余关系式和系统表征参数，构建多余度电静压伺服机构的故障特征矩阵；

8、s105：结合故障特征矩阵和冗余式残差隔离多余度电静压伺服机构的故障参数；

9、s106：将故障参数导入扩展卡尔曼滤波观测模型，对故障参数进行寻优；

10、s107：根据寻优得到的故障参数定位多余度电静压伺服机构的故障原因。

11、第二方面

12、本发明提供了一种多余度电静压伺服机构故障诊断系统，用于执行第一方面中的多余度电静压伺服机构故障诊断方法。

13、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益技术效果：

14、在本发明中，首先建立多余度电静压伺服机构的数学模型，并基于数学模型建立键合图模型和扩展卡尔曼滤波观测模型，通过键合图模型诊断方法隔离电静压伺服机构的故障参数，然后针对隔离出的故障参数运用扩展卡尔曼滤波器进行参数辨识寻优，估算出故障参数数值，以模型驱动代替传统的数据驱动对故障参数进行辨识，高效准确地完成多余度电静压伺服机构的故障诊断。并且在故障参数的辨识寻优过程中，结合了系统表征参数建立了故障特征矩阵，可以快速的定位故障参数，避免从数据中寻找特征的情况，大大提升诊断效率，可靠性高，而且可以在保证诊断效率的同时，提升故障诊断的适用范围。

技术特征：

1.一种多余度电静压伺服机构故障诊断方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的多余度电静压伺服机构故障诊断方法，其特征在于，所述s102具体包括：

3.根据权利要求1所述的多余度电静压伺服机构故障诊断方法，其特征在于，所述s102还包括：

4.根据权利要求2所述的多余度电静压伺服机构故障诊断方法，其特征在于，所述s103具体包括：

5.根据权利要求4所述的多余度电静压伺服机构故障诊断方法，其特征在于，所述s1031具体包括：

6.根据权利要求1所述的多余度电静压伺服机构故障诊断方法，其特征在于，所述系统表征参数包括所述多余度电静压伺服机构的q轴电阻、q轴电感、电机磁通链、转动惯量、摩擦系数、柱塞泵排量、柱塞泵泄露系数、管道沿程阻力系数、液压缸泄露系数、活塞面积、负载质量、负载阻尼系数、负载弹性系数。

7.根据权利要求6所述的多余度电静压伺服机构故障诊断方法，其特征在于，所述故障特征矩阵a具体为：

8.根据权利要求7所述的多余度电静压伺服机构故障诊断方法，其特征在于，所述s105具体为：

9.根据权利要求1所述的多余度电静压伺服机构故障诊断方法，其特征在于，所述s106具体为：

10.一种多余度电静压伺服机构故障诊断系统，其特征在于，用于执行权利要求1至9所述的多余度电静压伺服机构故障诊断方法。

技术总结
本发明公开了一种多余度电静压伺服机构故障诊断方法及系统，属于故障诊断技术领域，方法包括：建立关于多余度电静压伺服机构的数学模型；根据数学模型构建多余度电静压伺服机构的键合图模型和扩展卡尔曼滤波观测模型；建立关于键合图模型的解析冗余关系式，并确定解析冗余关系式的冗余式残差阈值；结合解析冗余关系式和系统表征参数，构建多余度电静压伺服机构的故障特征矩阵；结合故障特征矩阵和冗余式残差隔离多余度电静压伺服机构的故障参数；将故障参数导入扩展卡尔曼滤波观测模型，对故障参数进行寻优；根据寻优得到的故障参数定位多余度电静压伺服机构的故障原因。进而提升故障诊断效率和诊断结果的准确性。

技术研发人员：李世杰,陈换过,徐淼,卢夏沁,姚智敏
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16