示：
[0134] 表3單元故障信息設(shè)置表
[0135]
[0136] 對(duì)模型進(jìn)行故障注入，本案例以速度環(huán)調(diào)節(jié)器的故障傳播做具體分析，其他單元 故障傳播分析類(lèi)似。速度環(huán)調(diào)節(jié)器故障，對(duì)信號(hào)的傳遞關(guān)系發(fā)生變化，其傳遞函數(shù)由
[0137]
[0138]
[0139]
[0140] 由于速度環(huán)是速度環(huán)調(diào)節(jié)器的上層單元，速度環(huán)傳遞函數(shù)由其組成單元的關(guān)系計(jì) 算所得，所以在速度環(huán)調(diào)節(jié)器故障的情況下，速度環(huán)傳遞函數(shù)由
[0141]
[0142]
[0143]
[0144] 保存故障設(shè)置，在故障源輸入狀態(tài)下，運(yùn)行元胞機(jī)模型，得到故障狀態(tài)元胞機(jī)最終 運(yùn)行如圖7中（a) (b)所示。
[0145] 其中模型中元胞狀態(tài)以顏色進(jìn)行標(biāo)識(shí)，便于分析實(shí)時(shí)狀態(tài)。其中空元胞以空白元 胞標(biāo)識(shí)，正常元胞以白色背景，顯示單元名稱(chēng)為標(biāo)識(shí)，故障源以深灰色標(biāo)識(shí)，故障元胞以淺 灰色標(biāo)識(shí)。
[0146] 穩(wěn)定時(shí)刻，元胞機(jī)故障程度矩陣S和狀態(tài)矩陣A如下：
[0147]
[0148] 同理，對(duì)所有注入的故障進(jìn)行傳播仿真，得到故障傳播結(jié)果列表如表4所示。
[0149] 表4故障信息與運(yùn)行終止元胞狀態(tài)對(duì)應(yīng)表
[0150]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于元胞機(jī)的伺服系統(tǒng)故障傳播分析方法，包括以下幾個(gè)步驟： 步驟1 :根據(jù)伺服系統(tǒng)層次關(guān)系和各層次內(nèi)組成單元之間的邏輯關(guān)系，對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn) 行層次化分解，確定伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成； 步驟2 :從產(chǎn)品的最高層次系統(tǒng)級(jí)開(kāi)始，確定子系統(tǒng)的鄰居關(guān)系，建立鄰居關(guān)系矩陣， 并對(duì)系統(tǒng)級(jí)建立元胞機(jī)故障傳播模型； 步驟3 :從每個(gè)子系統(tǒng)級(jí)開(kāi)始，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能模塊級(jí)以上單元建立相應(yīng)的元胞機(jī) 模型，生成系統(tǒng)的多層級(jí)元胞機(jī)模型； 步驟4 :確定組成單元對(duì)故障信號(hào)的傳遞函數(shù)G(S) 底層單元對(duì)故障信號(hào)的傳遞函數(shù)G(S)通過(guò)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中的輸入信號(hào)r(t)和輸出信號(hào) c(t)，并經(jīng)過(guò)普拉斯變換計(jì)算得到；高一層模塊的故障信號(hào)的傳遞函數(shù)G(S)通過(guò)底層單元 對(duì)故障信號(hào)的傳遞函數(shù)組合得到； 步驟5 :在步驟3建好的多層級(jí)元胞機(jī)模型基礎(chǔ)上，獲取胞機(jī)模型的演化規(guī)則； 步驟6 :輸入故障源，通過(guò)步驟4中的傳遞函數(shù)確定故障傳遞函數(shù)，迭代得到穩(wěn)定時(shí)刻 元胞機(jī)故障程度矩陣和狀態(tài)矩陣，穩(wěn)定時(shí)刻，即令C (t) = C (t-1)，輸入初始的故障程度矩 陣和狀態(tài)矩陣，通過(guò)迭代得到結(jié)果，并得到整個(gè)伺服系統(tǒng)的故障傳播結(jié)果和故障傳播路徑。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于元胞機(jī)的伺服系統(tǒng)故障傳播分析方法，所述的步驟 1具體為： 1) 確定伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成； 2) 根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)組成，將產(chǎn)品自上而下劃分為若干個(gè)約定層次，其中獨(dú)立的功能單 元為一個(gè)約定層次，最低約定層次為功能模塊。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于元胞機(jī)的伺服系統(tǒng)故障傳播分析方法，所述的步驟 2具體為： 對(duì)系統(tǒng)級(jí)建立元胞機(jī)故障傳播模型： 首先確定系統(tǒng)級(jí)中的子系統(tǒng)的鄰居關(guān)系矩陣；元胞鄰居規(guī)則根據(jù)鄰居關(guān)系確定，鄰居 關(guān)系由鄰居方向和耦合系數(shù)e表示；根據(jù)組件中信號(hào)流的方向，將鄰居分為入鄰居和出鄰 居； 鄰居定義如下：設(shè)信號(hào)由A輸出流向B，則A是B的入鄰居，B是A的出鄰居； 耦合系數(shù)e即元胞的傳遞函數(shù)在鄰居間的作用系數(shù)，取值0、1和-1，O表示兩元胞無(wú)直 接作用關(guān)系，1表示正作用關(guān)系，-1表示負(fù)作用關(guān)系，即用矩陣的形式表達(dá)系統(tǒng)級(jí)元胞機(jī)故障傳播模型中子系統(tǒng)的鄰居關(guān)系，稱(chēng)為鄰居關(guān)系矩 陣； 設(shè)M為nXn子模型中鄰居關(guān)系矩陣；第i行表示非空元胞代表的組成單元，用Ii1表示， 同時(shí)將組成單元作為列標(biāo)列出；對(duì)于每i行，依次分析第j列單元是否為其入鄰居，若不是， 則Hiu=O ;若是其入鄰居，判斷兩元胞作用關(guān)系，正作用關(guān)系，則Hl1,= 1 ;負(fù)作用關(guān)系，則Hl1, =-1 ;由此推得M矩陣表達(dá)式：鄰居關(guān)系矩陣中全零行為信號(hào)輸入單元，由鄰居關(guān)系矩陣M生成生成元胞機(jī)模型，生 成步驟如下： (1) 查找鄰居關(guān)系矩陣中全零行對(duì)應(yīng)的單元作為中心元胞，放入元胞機(jī)中任意位置，此 時(shí)元胞機(jī)中只有該中心元胞； (2) 查找M中以此單元ID所在的列的非零元素對(duì)應(yīng)的行，行對(duì)應(yīng)的單元與該單元直接 相聯(lián)，為以上中心元胞的鄰居，放入元胞機(jī)中中心元胞的空鄰居中； (3) 根據(jù)M，判斷中心元胞的其他鄰居元胞與（2)中置入元胞是否存在鄰居關(guān)系；若存 在，則須放置在既是中心元胞的鄰居又是鄰居元胞的鄰居的位置；若不存在鄰居關(guān)系，則須 放在中心元胞鄰居范圍內(nèi)，與另外鄰居非相鄰位置； (4) 當(dāng)關(guān)系矩陣中中心元胞對(duì)應(yīng)單元所在列的非零元素均轉(zhuǎn)化為元胞機(jī)中元胞，該中 心元胞的鄰居生成完成；否則重復(fù)步驟（2)、步驟（3); (5) 依次以中心元胞的鄰居元胞作為中心元胞，重復(fù)以上（2)、（3)、（4)，直至鄰居關(guān)系 矩陣中所有行對(duì)應(yīng)的單元均在元胞機(jī)模型中生成對(duì)應(yīng)的元胞。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于元胞機(jī)的伺服系統(tǒng)故障傳播分析方法，所述的步驟 5具體包括： 元胞自動(dòng)機(jī)中元胞的t時(shí)刻輸出信號(hào)與元胞自身的表征函數(shù)和其入鄰居元胞t-Ι時(shí)刻 的輸出信號(hào)有關(guān)，BP式中：Ci^⑴為t時(shí)刻r(i, j)元胞的信號(hào)輸出；Gi^為r(i, j)元胞的傳遞函數(shù)；η為入 鄰居的個(gè)數(shù)；Rk(t_l)為t-Ι時(shí)刻r (i, j)元胞入鄰居的信號(hào)輸出；(i, j)元胞與其 第k個(gè)入鄰居的耦合系數(shù)，耦合系數(shù)即元胞的表征函數(shù)在鄰居間的作用系數(shù)，取值1和-1， 1表示正作用關(guān)系，-1表示負(fù)作用關(guān)系； 對(duì)于某一元胞而言，其輸入信號(hào)等于鄰居元胞上一時(shí)刻的輸出，即 Rk(t-1) = Ck(t-1) 式中：Ck(t-l)為元胞t-1時(shí)刻的輸入； 在一個(gè)元胞機(jī)子模型中，每個(gè)元胞的輸出實(shí)質(zhì)是電路系統(tǒng)中每個(gè)單元節(jié)點(diǎn)的輸出； 將輸入信號(hào)源也作為一個(gè)單元處理，由于信號(hào)源為系統(tǒng)提供輸入，在原理框圖中表現(xiàn) 為只有輸出，而沒(méi)有輸入；對(duì)于信號(hào)源 Cllj (t) = R1, 因此假設(shè)元胞傳遞函數(shù)為I ; 公式（1)是元胞機(jī)中單個(gè)元胞的演化規(guī)則，設(shè)元胞機(jī)共有η個(gè)非空元胞，即該子模型共 有η個(gè)組成單元，第k個(gè)單元為輸入信號(hào)源；將元胞序號(hào)代入（1)式，并元胞機(jī)中所有元胞 輸出演化規(guī)則聯(lián)立得：由于方程組中元胞均為非空元胞，代表有效組成單元，采用1，2,…，η作為下標(biāo)表示對(duì) 應(yīng)單元的相應(yīng)參數(shù)； 將方程組（2)展開(kāi)得：將方程組中等號(hào)左右同除以相應(yīng)的G，得：按照單元對(duì)應(yīng)ID號(hào)，令每個(gè)元胞t時(shí)刻的輸出構(gòu)成輸出矩陣C(t)， c(t) = [C1(t)，C2(t)，...，Cn(t)]T t-1時(shí)刻元胞輸出值構(gòu)成矩陣c(t-l): C(t_l) = [C1(^t-I), C2(t-1)，."，Cn(t_l)]T 進(jìn)一步將式（4)轉(zhuǎn)化為矩陣形式：記作G傳遞函數(shù)矩陣； 由鄰居關(guān)系可知，耦合關(guān)系與矩陣關(guān)系矩陣M中元素在數(shù)值上是相等的 ei.i= m i.i 式中：Hll j為矩陣M中的元素； 因此，為nXn矩陣，矩陣中只有一個(gè)非零取值1，其元素按式（6)取值：為B中第i行第j列的元素； 綜上所述，元胞機(jī)演化規(guī)則式（5)簡(jiǎn)記為： GC (t) = (M+B)C(t-l) (7) 進(jìn)一步得到t時(shí)刻元胞機(jī)輸出為： C(t) = G YM+BKU-l) (8) 則由元胞機(jī)模型中單個(gè)元胞的輸出演化規(guī)則推導(dǎo)出元胞機(jī)的演化規(guī)則。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于元胞機(jī)的伺服系統(tǒng)故障傳播分析方法，所述的步驟 6中： 故障程度矩陣中的元素為該模塊信號(hào)輸出運(yùn)行值偏離標(biāo)稱(chēng)值的程度，即元胞故障程度 值，在[0, 1]上取值，為O代表單元正常無(wú)故障，為1代表單元完全故障，0、1之間的數(shù)值代 表單元有一定程度的故障，介于正常和完全故障之間，數(shù)值越大代表故障程度越大；狀態(tài)矩 陣中元素為元胞狀態(tài)，在_1、〇、1中取值，其中-1表示元胞輸出處于故障狀態(tài)，0表示空元 胞，1表示元胞輸出處于正常狀態(tài)；故障傳播結(jié)果為穩(wěn)定時(shí)刻各層次單元是否故障； 統(tǒng)計(jì)當(dāng)元胞機(jī)輸出隨時(shí)間變化趨于穩(wěn)定，即c(t) =c(t-l)時(shí)，元胞機(jī)的故障程度矩陣 和狀態(tài)矩陣，由此得到整個(gè)伺服系統(tǒng)的故障傳播結(jié)果，進(jìn)而得出故障信號(hào)在元胞機(jī)模型中 的傳播路徑。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于元胞機(jī)的伺服系統(tǒng)故障傳播分析方法，將伺服系統(tǒng)劃分為多個(gè)元胞，根據(jù)各元胞間的相互作用關(guān)系，在一些局部的規(guī)則作用下不斷演化，來(lái)處理伺服系統(tǒng)的仿真和預(yù)測(cè)的方法，即基于元胞機(jī)的伺服系統(tǒng)故障傳播分析方法，本發(fā)明是通過(guò)研究現(xiàn)有故障傳播建模方法和定性推理理論，詳細(xì)分析方法中的關(guān)鍵技術(shù)以及實(shí)施過(guò)程中可能存在的問(wèn)題；在此基礎(chǔ)上，建立基于元胞機(jī)的、適用于伺服系統(tǒng)的能夠?qū)崿F(xiàn)故障傳播的模型。
【IPC分類(lèi)】G06F11/22
【公開(kāi)號(hào)】CN105426279
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510818208
【發(fā)明人】趙廣燕, 郭樹(shù)揚(yáng), 孫宇鋒, 胡薇薇, 李營(yíng)花
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年11月23日