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中低速磁浮列车传感器故障检测

作　者: 翟毅涛
导　师: 李杰
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 磁浮列车 传感器 故障检测 Hilbert-Huang变换 自适应滤波
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


磁悬浮控制系统是整个磁浮交通系统的核心,悬浮传感器是悬浮控制系统的状态感知来源,悬浮传感器所采集数据的正确性直接影响悬浮的稳定性。因此,及时准确地检测出传感器故障,提高数据采集系统的可靠性,对于提高整车运行的安全性具有重要意义。本文以工程应用为背景,在对比分析各种故障检测方法的基础上,选择采用基于信号处理的方法进行传感器故障检测,分别应用Hilbert-Huang变换和自适应滤波的方法对不同故障条件下的信号进行了仿真分析和实验,主要做了以下具体工作:首先,在HHT方法定义的基础上,通过对传感器数据的分析以及和傅立叶变换、小波变换的对比说明了HHT方法在分析非平稳信号中的优越性。同时,对方法自身存在的不足作了改进和补充。在此基础上,对实际采集的传感器信号添加不同干扰,分别模拟乘性故障、加性故障和缓变故障,应用改进的HHT方法对各种故障条件下的信号进行了经验模态分解(EMD),对所得固有模态函数(IMFs)的幅值谱采用了滑动平均的方法提取其中的故障特征,针对不同故障信号的幅频特征及剩余信号的状态提出了对应的故障检测方法。对于HHT方法在传感器故障检测中的不足以及不适用的情况作了解释说明和补充。其次,在悬浮控制模型的基础上,分析了位置传感器探头输出之间的关系,在传感器输出特性相同的情况下提出用自适应滤波的方法提取位置传感器探头输出差值之间的相关系数,通过相关系数的变化情况判断故障发生的时刻、位置及类型,并通过仿真和单转向架实验说明了方法的有效性。最后,本文总结了全文的研究成果及不足之处,对故障检测技术在中低速磁浮列车传感器故障检测中未来的发展方向提出了展望。

全文目录


摘要  8-9
ABSTRACT  9-10
第一章 绪论  10-21
  1.1 课题背景及研究意义  10-12
  1.2 故障诊断技术研究进展  12-18
    1.2.1 故障检测与诊断的内容  12-13
    1.2.2 故障检测与诊断的性能指标  13-14
    1.2.3 故障检测与诊断的方法  14-17
    1.2.4 故障检测与诊断的发展趋势  17-18
  1.3 当前磁浮列车悬浮控制系统故障诊断研究状况  18-19
  1.4 本文的研究内容  19-21
第二章 磁浮列车中的传感器故障形式  21-24
  2.1 传感器的故障形式  21-22
    2.1.1 位置传感器常见故障  21-22
    2.1.2 加速度传感器常见故障  22
  2.2 简单故障的检测方法  22-23
    2.2.1 零输出故障的检测  22-23
    2.2.2 松动故障的检测  23
  2.3 本章小结  23-24
第三章 基于Hilbert-Huang 变换的故障检测方法  24-49
  3.1 Hilbert-Huang 变换理论及其优点  24-29
    3.1.1 EMD 经验模态分解  24-25
    3.1.2 Hilbert 变换  25
    3.1.3 HHT 应用于传感器信号分析  25-28
    3.1.4 HHT 与傅立叶变换、小波变换的对比  28-29
  3.2 HHT 方法的不足以及改进  29-35
    3.2.1 对端点飞翼现象的改进  31-33
    3.2.2 虚假IMFs 的滤除  33-35
  3.3 改进的HHT 方法应用于传感器故障检测的仿真研究  35-44
    3.3.1 传感器乘性故障检测  35-38
    3.3.2 传感器加性故障检测  38-41
    3.3.3 传感器缓变故障检测  41-44
  3.4 HHT 方法在传感器故障检测中的不足  44-48
    3.4.1 采样频率对分解精度的影响  45
    3.4.2 对“小”故障的检测不灵敏  45-47
    3.4.3 对零输出故障的检测失效  47-48
  3.5 本章小结  48-49
第四章 基于自适应滤波的位置传感器故障检测  49-58
  4.1 磁浮列车位置传感器模型  49-51
  4.2 自适应滤波故障检测原理  51-53
    4.2.1 LMS 滤波原理  51-52
    4.2.2 LMS 方法应用于位置传感器故障检测  52-53
  4.3 基于自适应滤波的位置传感器故障检测的仿真及实验分析  53-56
  4.4 方法的不足和改进  56-57
  4.5 本章小结  57-58
第五章 总结与展望  58-60
致谢  60-61
参考文献  61-66
作者在学期间取得的学术成果  66

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器
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