基于DSPN的5G工业控制系统业务可用性分析

5G工业控制系统规模化应用的关键是保障其高可用性。若通过试验评估，其成本高昂且困难诸多。而已有的可用性建模方法很少考虑到5G对可用性的影响。对此，以一个实际的5G转钢系统为例，采用确定性随机Petri网(deterministic stochastic Petri net, DSPN)从业务流程的角度对5G技术改造后的工控系统的动态故障和维修过程进行形式化建模，评估不同的失效模式对系统业务可用性的影响。在案例中分析了5G工业控制系统中不同参数对系统业务可用性造成的影响，发现无线链路平均故障间隔时间(mean time between failures, MTBF)对系统业务可用性影响最大。实验结果表明，所提方法可用于评估5G工业控制系统的业务可用性，为系统设计人员提供参考。     

电子产品多物理场耦合仿真方法研究

多物理场耦合涉及机械、电磁、流体、热、声等学科,对产品性能有直接影响。针对电子产品,研究其共同属性、基本场及耦合模式、各场间耦合关系,提出一种面向电子产品的多场耦合协同仿真方法和仿真框架,并以机架式服务器为例,提出了协同仿真流程和内容,并采用Pro/E、FLOTHERM和FLUENT等软件进行了多场耦合仿真,特别是气—声耦合的噪声分析。仿真结果验证了多场耦合协同仿真方法,对预测和优化产品性能具有一定指导意义。     

基于Petri网的碾压混凝土坝施工系统耦合研究

碾压混凝土施工过程中,各系统间资源竞争和冲突是影响施工的瓶颈.在系统分析碾压混凝土生产、运输与坝面作业系统资源配置影响因素及其变化规律的基础上,综合考虑系统资源约束条件,研究系统之间的耦合关系,构建基于混凝土生产、运输及仓面作业的多系统复杂边界条件下的耦合赋时Petri网动态仿真模型,较好地解决了不同系统衔接产生的资源竞争,冲突问题,优化了碾压混凝土坝施工系统资源配置.     

基于线性耦合三种群食物链模型的同步

研究了生物学中三种群食物链的同步化问题。利用线性时变连续系统的稳定性理论及线性耦合方法获得两个食物链系统间的全局渐进同步,并讨论了噪音对生物种群及其同步化的影响。另外,基于比较定理,严格证明了三种群食物链系统及其耦合系统的有界性。最后,采用两种不同的数值算法进行了数值仿真,其结果与理论计算一致,并就仿真结果阐明了生物学意义。     

鸭式气动布局导弹流场数值模拟

采用以N-S方程为主控方程的数值模拟方法,进行固定尾翼鸭式气动布局导弹的气动特性和流场数值模拟。系统介绍了文中所用的数值仿真方法。基于气动特性和流场分析研究了固定尾翼鸭式气动布局导弹的流场特性和气动特性,分析结果显示,在尾翼固定的状态下利用鸭舵的差动偏转进行滚转控制效率较低,基于流场仿真结果分析了鸭舵-尾翼间的滚转耦合机理。     

基于多软件的微小卫星多领域建模与仿真研究

微小卫星是由多个学科构成的复杂系统,各学科间存在着复杂的耦合关系,针对微小卫星多领域建模与仿真问题,提出了基于STK、ADAMS、ModelSim和Matlab/Simulink等商用软件接口的微小卫星多领域建模与仿真方案,给出了多学科建模与仿真平台体系结构,提出并解决了耦合建模、软件接口和协同仿真等多项关键技术.最后,建立由微小卫星中耦合关系较强的姿态控制、结构动力学、星载计算机和电源分系统构成的原型系统,针对微小卫星大角度姿态控制模式进行了仿真,仿真结果验证了本文所提出的多领域建模方法的有效性和仿真平台的可行性.     

FDA-MIMO雷达目标距离、角度及未知互耦参数估计

针对频控阵-多输入多输(frequency diverse array multiple input multiple output, FDA-MIMO)雷达阵列间存在未知互耦合情况的参数估计问题, 提出一种基于数据转换的二维多重信号分类方法。首先, 构造了存在未知互耦合影响的接收信号模型。然后，通过子空间分解的方法得到用于参数估计的谱函数, 并且采用数据转换的方法来解决谱函数由于未知耦合矩阵存在而失真的问题。最后，利用得到的目标距离和角度参数的估计值, 通过类似线性约束最小方差重构优化问题, 估计出耦合系数矩阵。仿真结果验证了所提方法的有效性，能准确估计阵列间存在未知互耦合效应时的参数和互耦合系数。     

面向团队结构的耦合任务群分解算法与仿真

由于难以恰当地描述多个任务两两之间的关系,耦合任务群的分解仍然是一个难题.根据研发团队的结构特点提出两种耦合任务群分解方法:基于敏感度、可变度和任务量的分解方法将布尔型DSM转化成舍有敏感度、可变度和任务量信息的矩阵,然后将该矩阵转化成相互作用强度距离矩阵,再进行聚类,使相互作用较强的任务聚在一起;基于任务属性灰度关联相似度的分解方法用灰度分析法计算各任务属性的权重,然后根据任务属性及其权重建立任务距离矩阵,再进行聚类分解,使相似的任务聚在一起.用MATLABWebServer工具开发了基于WEB的耦合任务群分解仿真模块,采用仿真比较的方法分析算法对任务分解结果的影响.     

Liu混沌系统的模糊耦合同步

基于模糊控制思想，研究了新近提出的Liu混沌系统的耦合同步。为了分析比较，首先应用线性时变稳定性理论实现Liu混沌系统的线性耦合同步。然后基于T-S模糊模型重构了Liu混沌系统，并用Lyapunov理论和耦合同步的思想推导了两个重构的Liu系统耦合同步的稳定性条件。本文的模糊耦合同步方法通过LMI方法可以迅速求取可行解，同步条件更加清晰明确、约束条件少，并可以方便地得到不同衰减率α下全局渐近稳定的充分条件。此外，设计的控制器都由线性函数构成，有利于实际应用中构造控制器。良好的仿真结果验证了本文模糊同步方法的有效性，该方法适用于符合广义Lorenz范式（GLCF）的混沌系统。     

耦合对半实物射频仿真的影响分析

三元组射频仿真是电子系统进行外场试验前的必要步骤,仿真的有效性取决于电子系统在室内仿真与外场试验下的响应一致性。研究了耦合效应对三元组射频仿真的影响。通过理论分析与全波电磁计算,分析了发射端三元组单元间的耦合、接收〖JP3〗端单元间耦合对仿真的影响。结果表明,当接收端方向图在三元组邻域内均匀时,发射端的单元间耦合可以忽略;当接收端各支路的天线之间耦合参数与电磁波照射方向无关时,接收端耦合对射频仿真无影响。基于文中参数,发射端耦合、接收端耦合造成的仿真误差分别低于总仿真误差两个数量级、一个数量级。     

基于置信规则库的并发故障诊断方法

针对具有不确定性的并发故障诊断问题,提出基于属性权重和权衡分析的置信规则库(belief rule base, BRB)诊断方法。以属性权重大小来表示属性与特定故障模式之间的相关性,设计能够反映故障模型约束的基于差分进化的优化算法,通过相邻故障模式置信度与预设阈值的权衡分析完成对并发故障诊断。该方法仅需构造单个置信规则库来有效处理各种不确定性信息,与已有研究方法相比极大地降低了建模复杂度。诊断结果不仅能得到故障的并发情况,还可分辨故障的主次关系,并且建模和推理过程开放,可解释性强。最后以船用柴油机的并发故障诊断作为实例,验证了所提方法能够有效的诊断出并发故障并且模型具有较好的稳定性。     

容差电路故障诊断的模糊屏蔽字典法

提出了一种可用于诊断容差模拟电路软故障与多故障的模糊屏蔽字典法。基于网络分析与支路屏蔽的原理,分析计算了容差对端口特征量的影响,据此提出了故障阈值函数与故障判据,以实现容差电路的准确故障检测。然后通过构造合适的故障隶属函数来实现故障定位,有效地避免了故障因素与容差因素的相互交叠,大大降低了故障与容差间的模糊性。仿真试验表明,该法故障定位准确性高。     

一种基于贡献率图的KPCA故障识别方法

提出一种新的针对KPCA模型的故障识别方法——贡献率图法。该方法是在微分贡献率图和核函数导数的基础上提出来的,它采用统计量T2和SPE对每个变量的偏导数来度量每个变量对统计量T2和SPE的贡献率。和基于数据重构法的KPCA故障识别方法相比,该方法不需要任何迭代近似计算和数据的重构,计算量小且可避免重构产生的误差对识别结果的影响。通过在某型涡扇发动机故障检测与诊断中的应用表明,该方法比基于数据重构法的故障变量识别准确率更高,再结合发动机故障机理分析,便可准确地确诊故障,从而大为缩短故障定位及排故的时间,预防重大事故的发生。     

多传感器融合的因果映射网故障诊断方法

针对异构、时变、耦合的复杂系统故障诊断问题,提出一种基于多传感器融合的因果映射网故障诊断方法.以时态数据挖掘为手段,实现包含原因层和结果层的快速映射网络.通过因果度定义节点连接强度,通过依赖度和影响度进行故障位置定位和影响预测.应用实例表明方法具有机理简单、算法快捷、结果直观优点.     

基于电流测试的混合信号电路故障检测和定位

针对集成电路测试中模拟和混合电路的测试问题,提出了一种基于小波分析的电流测试实现混合信号电路故障诊断的方法。该方法先测试电路在激励信号下的动态电流,再利用小波变换对采样动态电流信号进行小波分析来诊断电路是否存在故障,并进一步定位故障。对示例ADC电路仿真试验的结果表明该方法比积分法和傅立叶分析方法对故障有更高的灵敏度,不仅能够有效检测出电路中的各种故障,而且能对故障进行定位。     

基于内模原理的变结构最优容错控制

针对系统中发生传感器故障和/或执行器故障的情况,兼顾考虑故障对系统内部状态和外部输出的影响,提出了一种物理上可实现的变结构动态最优容错控制方法.该方法首先利用内模原理设计了故障补偿器以补偿故障对系统输出的影响,然后利用Riccati矩阵方程设计了故障情况下的最优容错控制律.为了解决最优容错控制的物理不可实现问题,采用一种新型的降维故障诊断器,在实现故障诊断的同时完成了对系统状态的观测.最后给出了根据故障的发生情况进行变结构调节的动态最优容错控制的设计步骤.仿真结果验证了该方法的有效性和可靠性.     

无刷直流电动机系统故障检测方法的仿真研究

首先建立了无刷直流电动机系统正常运行时的系统模型。在此模型的基础上,针对系统中功率开关管开路、绕组开路和绕组匝间短路三种故障分别建立了故障运行时的系统模型。通过对系统正常运行和上述各种故障运行的仿真研究,确定了能够识别故障的特征波形。根据仿真结果提出了基于模型监控的故障在线检测方法,即通过正常运行时系统模型的输出值与系统实际输出值之间的偏差来检测系统的故障。     

基于电压增量的非线性模拟电路软故障诊断

基于节点电压增量关系方程理论,根据高阶故障对低阶故障的覆盖性,并结合替代原理,提出了一种可以诊断非线性模拟电路软故障的字典法,将仅应用于线性模拟电路软故障诊断的方法推广到了含有少量非线性元件的模拟电路。将非线性元件作为一个整体,利用节点电压增量关系方程的线性相关系数作为统一故障特征,实现了电路中非线性元件和线性元件集的硬故障、软故障、单故障和多故障的诊断。给出了含有单个或多个非线性元件的电路诊断方法,并用最小距离法对容差做了相应的处理,最后通过仿真实例证明了该诊断方法的有效性。     

基于未知输入滤波器的过驱动系统故障诊断方法

过驱动系统由于执行器间的冗余性导致故障往往具有严重的耦合性,从而给故障的分离带来很大困难。针对过驱动系统的执行器乘性故障,提出了一种基于未知输入滤波器的故障诊断方法。首先,提出了一种新的未知输入滤波器结构,设计方便。然后,将指定执行器的故障看作未知输入,通过一组结构化残差来实现故障分离,并在此基础上,提出了一种故障估计方法。最后,通过ADMIRE飞行器的近似线性化模型仿真验证了所提方法的有效性。     

线性时滞系统的鲁棒故障诊断

研究了一类含有未知输入干扰和模型不确定性的时滞系统故障诊断问题。通过变换,原系统被分成两个子系统,一个子系统不受故障的影响,可以设计鲁棒观测器;另一个子系统受到故障的影响,但是它的状态可以通过测量得到。设计的观测器利用解析冗余方法能够对执行器故障和传感器故障进行诊断。仿真结果表明,算法具有良好的诊断性能。