[发明专利]基于元胞机的伺服系统故障传播分析方法

摘要

本发明公开了一种基于元胞机的伺服系统故障传播分析方法，将伺服系统划分为多个元胞，根据各元胞间的相互作用关系，在一些局部的规则作用下不断演化，来处理伺服系统的仿真和预测的方法，即基于元胞机的伺服系统故障传播分析方法，本发明是通过研究现有故障传播建模方法和定性推理理论，详细分析方法中的关键技术以及实施过程中可能存在的问题；在此基础上，建立基于元胞机的、适用于伺服系统的能够实现故障传播的模型。

主权项

1.一种基于元胞机的伺服系统故障传播分析方法，包括以下几个步骤：步骤1：根据伺服系统层次关系和各层次内组成单元之间的逻辑关系，对伺服系统进行层次化分解，确定伺服系统的结构组成；步骤2：从产品的最高层次系统级开始，确定子系统的邻居关系，建立邻居关系矩阵，并对系统级建立元胞机故障传播模型；步骤3：从每个子系统级开始，对整个系统的功能模块级以上单元建立相应的元胞机模型，生成系统的多层级元胞机模型；步骤4：确定组成单元对故障信号的传递函数G(s)底层单元对故障信号的传递函数G(s)通过检测实验中的输入信号r(t)和输出信号c(t)，并经过普拉斯变换计算得到；高一层模块的故障信号的传递函数G(s)通过底层单元对故障信号的传递函数组合得到；步骤5：在步骤3建好的多层级元胞机模型基础上，获取胞机模型的演化规则；具体包括：元胞自动机中元胞的t时刻输出信号与元胞自身的表征函数和其入邻居元胞t‑1时刻的输出信号有关，即式中：Ci,j(t)为t时刻r(i,j)元胞的信号输出；Gi,j为r(i,j)元胞的传递函数；n为入邻居的个数；Rk(t‑1)为t‑1时刻r(i,j)元胞入邻居的信号输出；e(i,j)k为r(i,j)元胞与其第k个入邻居的耦合系数，耦合系数即元胞的表征函数在邻居间的作用系数，取值1和‑1，1表示正作用关系，‑1表示负作用关系；对于某一元胞而言，其输入信号等于邻居元胞上一时刻的输出，即Rk(t‑1)＝Ck(t‑1)式中：Ck(t‑1)为元胞t‑1时刻的输入；在一个元胞机子模型中，每个元胞的输出实质是电路系统中每个单元节点的输出；将输入信号源也作为一个单元处理，由于信号源为系统提供输入，在原理框图中表现为只有输出，而没有输入；对于信号源Ci,j(t)＝Ri,j(t‑1)因此假设元胞传递函数为1；公式(1)是元胞机中单个元胞的演化规则，设元胞机共有n个非空元胞，即该子模型共有n个组成单元，第k个单元为输入信号源；将元胞序号代入(1)式，并元胞机中所有元胞输出演化规则联立得：由于方程组中元胞均为非空元胞，代表有效组成单元，采用1,2,…,n作为下标表示对应单元的相应参数；将方程组(2)展开得：将方程组中等号左右同除以相应的G，得：按照单元对应ID号，令每个元胞t时刻的输出构成输出矩阵C(t)，C(t)＝[C1(t),C2(t),…,Cn(t)]Tt‑1时刻元胞输出值构成矩阵C(t‑1)：C(t‑1)＝[C1(t‑1),C2(t‑1),…,Cn(t‑1)]T进一步将式(4)转化为矩阵形式：将式(5)中记作G传递函数矩阵；由邻居关系可知，耦合关系与矩阵关系矩阵M中元素在数值上是相等的eij＝mij式中：mij为矩阵M中的元素；因此，记为n×n矩阵，矩阵中只有一个非零取值1，其元素按式(6)取值：bij'为B中第i行第j列的元素；综上所述，元胞机演化规则式(5)简记为：GC(t)＝(M+B)C(t‑1)    (7)进一步得到t时刻元胞机输出为：C(t)＝G‑1(M+B)C(t‑1)    (8)则由元胞机模型中单个元胞的输出演化规则推导出元胞机的演化规则；步骤6：输入故障源，通过步骤4中的传递函数确定故障传递函数，迭代得到稳定时刻元胞机故障程度矩阵和状态矩阵，稳定时刻，即令C(t)＝C(t‑1)，输入初始的故障程度矩阵和状态矩阵，通过迭代得到结果，并得到整个伺服系统的故障传播结果和故障传播路径。