摘 要

随着测量技术的高速发展，六维加速度传感器相比于传统传感器所具有的得天独厚的技术优势越来越得到人们的重视，然而由于相关技术的不成熟导致传感器故障频发因此发展六维加速度传感器的故障自诊断算法刻不容缓。

本文以解耦算法为核心建立一种六维加速度传感器的故障自诊断算法，具体参考力协调方程的消去原则与协调闭链这两大特性建立故障诊断模型，基于力协调方程的信息冗余性建立故障修复模型，结合故障诊断过程使其能够自循环修复，理论上可实现1至4条故障支链的诊断与修复。最后通过相关软件ADAMS与MATLAB验证故障支链自诊断与自修复的准确性与可行性。

关键词：六维加速度传感器;解耦算法;故障自诊断;故障自修复;消去原则;协调闭链

Abstract

With the development of measurement technology, more and more attention has been paid to the unique technical advantages of six-axis acceleration compared with traditional sensors .However,because of the immaturity of related technologies, sensor faults occur frequently. Therefore, it is urgent to develop a fault self-diagnosis algorithm for six-axis acceleration .

Based on the decoupling algorithm as the core to establish a kind of six-axis acceleration fault self diagnosis algorithm, and the specific reference coordinate equation of the principle of elimination and the closed chain of compatibility two closed chain fault diagnosis model is established, based on force coordinate equation of information redundancy fault restoration model was established, combining with the process of fault diagnosis allows it can self-recycling repair, in theory can achieve 1 to 4 fault chains diagnosis and repairing .At last, ADAMS and MATLAB are used to verify the accuracy and feasibility of fault branch chains self-diagnosis and self-repair.

Key words:Six-axis accelerometer; Decoupling algorithm;Fault self-diagnosis;Fault self-repairing;The principle of elimination;The closed chain of compatibility

目录

第一章 绪论 5

1.1研究背景 5

1.2研究目的 6

1.3国内外研究现状 7

第二章 建立六维加速度传感器的力协调方程 9

2.1六维加速度的物理模型和它的工作原理 9

2.1.1引言 9

2.1.2结构模型与工作原理的解析 10

2.2建立力协调方程 12

2.3本章小结 16

第三章 基于力协调方程的故障自诊断自修复算法 17

3.1建立六维加速度传感器故障自诊断模型 17

3.2建立六维加速度传感器故障自修复模型 20

3.2.1消去原则的应用 20

3.2.2故障不可诊断的情况解析 27

1.消去原则的制约 27

2. 力协调方程的制约 27

3.3本章小结 28

第四章 解耦算法与相关软件的验证 29

4.1建立动力学的方程 29

4.2动力学方程的解耦 31

4.3基于MATLAB的故障诊断验证 36

4.4基于ADAMS的故障诊断验证 38

4.5本章小结 39

第五章 总结与展望 40

5.1工作重点 40

5.2不足与展望 40

致 谢 41

参考文献 42

第一章 绪论

1.1研究背景

随着社会的一直进步和科学技术的不停发展，目前六维加速度传感器在多个领域中有着越来越普遍的运用，相比于我们目前所广泛使用的传统加速度传感器比如发展较为成熟的单维和三维加速度传感器而言，六维加速度传感器在技术理论层面上有着更加牢靠的理论根据和更为明显的后发优势。

六维加速度传感器是一种新型的多维运动传感技术，是用于测量和测试物体的线速度，线加速度，角速度和角加速度的一种六维运动测量技术。因而六维加速度传感器在军事和民生方面有着极为广泛的应用，比如在机器人动力学、工程机械应用、惯性制导和导航、等另外的领域都有着非常广泛的市场，并且随着产品的不断升级进化，在可以预见的未来，六维加速度传感器必然有了极为广泛的刚性需求,当前我们所广泛使用的传感器模型如图（1）所示。针对目前六维加速度传感器的适用范围不断扩大的现象，但是可以明白六维加速度传感器工作原理和操作步骤的人却并不多，这就意味着当六维加速度传感器产生故障时能够维修的人员比较稀少，等待维修的时间相当长，因而鼎力开展六维加速度传感器的故障自诊断算法研究刻不容缓。

图 1并联式六维加速度传感器的物理模型图

1.2研究目的

为了研究六维加速度传感器故障的自诊断算法，从目前六维加速度传感器的故障产生原因来看，主要是因为计算变量和数据采集的方面容易产生误差，从数据采集的方面来看，应当改进数据采集的方法，例如取代较为落后的陶瓷压电式传感器用更为先进的电容是或者其他传感器来收集数据。从计算变量来看，当采集到所需要的计算数据之后应当采用新的混合求偶算法，通过剖析混合结构的中间参量的影响因素，找到误差产生的根本原因后，通过一系列的解耦算法，经过软件MATLAB进行数据处理，并将处理后的数据进行图像化表示出来，让人更加直观的看到六维加速度传感器的工作过程。

通过对六维加速度传感器故障的自诊断算法研究，可以使相关的工作科研人员可以更为直观的了解到在六维加速度传感器工作时，所涉及到的空间和时间之间的数量关系，与此同时，还能更为科学有效的积累实验数据，同时在相关的学术研究方面更加具有直观的参考价值。而这一方面的突破，使得相关的企业与单位有了确实又可观的参考对象。

1.3国内外研究现状

就目前可以查阅到的国内相关六维加速度传感器的故障诊断的文献来看，国内相对于六维加速度传感器故障的自诊断算法的研究主要集中在算法的研究上面，国内相关专业的人士通过不断的创新和改善已有的算法和总结规律能够不断地减少误差，提高准确率。就目前已有的相关的算法来看，由于六维加速度传感器触及到物体的位形空间和相空间等方面的相干计算量，所以我国通常采用常微分方程组以及广义加速度对于转动产量的一次或多次多项式，共同构成了新的混合求藕算法，如文献（2）一文中，就提到了相关方面的算法研究，尤其是对在大量的实验后所采集到的数据进行处理后，结果表现出混合算法的计算精度显著高于纯空间算法，再加入了误差自补偿算法后，关键参量的相关轨迹得到了明显的收敛，而且并没有毁坏整个实验的实时性和准确性。

与此同时国内的相干六维加速度传感器故障诊断与修复的研究方面也取得了空前的发展，在文献（2）中我们经过引入了“辅助角速度”这一概念，将并联式六维加速度传感器的二阶非线性动力方程组转化为一阶线性微分方程组，从而就可以成功完成了动力方程的完全解耦。同时建立了一种约束关系，且设计出来一种新的故障诊断的模型并给出了详细的可修复故障组合。在运用了相关软件ADAMS，仿真实验后显示故障诊断及修复方案的正确性和可行性。