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基于模型参数辨识与振动分析的动力调谐陀螺仪故障诊断
| 论文题名： | 基于模型参数辨识与振动分析的动力调谐陀螺仪故障诊断 |
| 关键词： | 动力调谐陀螺仪;参数辨识;模型参数辨识;振动信号分析;故障诊断 |
| 摘要： | 陀螺仪是惯性导航系统的核心元件之一，用于测量载体的角速率。早期的陀螺仪为机械式，如液浮陀螺仪、动力调谐陀螺仪和静电陀螺仪等，后来又发展了激光陀螺仪、光纤陀螺仪和MEMS陀螺仪等。但凭借其优势——双自由度、体积小、精度高、成本低等，动力调谐陀螺仪还是在很多领域受到了广泛应用。由于长期反复电机启动、振动冲击等会造成动力调谐陀螺仪精度下降或陀螺仪失效，对正在执行任务的惯性导航系统会带来难以弥补的损害。为此开展动力调谐陀螺仪故障诊断，对动力调谐陀螺仪改进设计具有一定指导意义。本文针对动力调谐陀螺仪滚珠轴承故障、挠性接头不等弹性等原因所引起的陀螺仪振动故障，分析各故障的产生机理，融合模型参数辨识和振动信号分析的方法，综合运用发挥其各自的优势，对信号特征频率进行分析，完成对动力调谐陀螺仪特定振动故障的故障诊断。主要研究内容如下： 1、依据动力调谐陀螺仪基本原理和结构特点，从动力学角度推导了陀螺仪表体的开环传递函数模型，通过开环传递函数模型阐述了特定故障与陀螺仪模型参数之间的对应关系。基于陀螺仪的物理学结构，分析了结构及元件所引起的陀螺仪振动故障，并列举了相应的振动频率和方向，这些特征频率可作为陀螺仪故障诊断判断的依据。 2、从陀螺仪模型辨识角度阐述了动力调谐陀螺仪故障诊断的机理，搭建了试验平台。利用LabVIEW软件采集陀螺仪传感器输出数据，采用Levy频率响应辨识方法得到陀螺仪开环传递函数，经Fourier处理得到幅频特性曲线，针对陀螺仪章动频率对应的挠性接头的不等弹性导致的陀螺仪故障进行对比分析，做出故障定位预测，并与陀螺仪八位置精度测试结果进行对比故障验证。 3、从振动信号分析角度阐述了动力调谐陀螺仪故障诊断的机理，搭建了试验平台。利用LabVIEW实现信号采集和转换以及再平衡回路中解耦、校正网络的图形化程序设计，对振动信号进行了频域分析和小波变换分析，特征频率对应的能量做出故障定位预测，并与陀螺仪八位置精度测试结果以及故障陀螺仪实际拆解结果进行对比故障验证。 通过上述理论分析和实验验证，验证了通过模型参数辨识与振动分析两者相结合的方式能够全面且准确地对陀螺仪某些特定部位作出故障诊断。 |
| 作者： | 蔡文迹 |
| 专业： | 仪器科学与技术 |
| 导师： | 李醒飞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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