【摘要】：導航系統(tǒng)擔負著導航定位及姿態(tài)確定等重要職責,其精確度和可靠性在航天、航空、航海中起著相當重要的作用。陀螺儀作為導航系統(tǒng)的核心器件,可以為運載體提供準確的導航定位參數(shù),如姿態(tài)角、角速度以及角加速度等,已被廣泛應用于各種運載體的導航定位。陀螺儀長期使用中因故障誘發(fā)因素的不同而產(chǎn)生這樣或那樣的故障,影響其導航性能。因此,陀螺儀關(guān)鍵參數(shù)預測及故障診斷,對于提高導航系統(tǒng)的精度以及可靠性具有重要的意義。本文主要針對陀螺儀功能性故障進行研究,提出相應的故障診斷及故障預測算法,研究內(nèi)容主要分為三個部分:第一部分為陀螺儀數(shù)據(jù)預測,第二部分為帶冗余配置的陀螺儀故障診斷,第三部分為陀螺儀故障預測。在陀螺儀數(shù)據(jù)預測算法中,首先分析了BP網(wǎng)絡、SVM網(wǎng)絡以及長短期記憶(LSTM)網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)及算法,提出了預測效果的評價指標,其次針對LSTM網(wǎng)絡,建立了陀螺儀數(shù)據(jù)預測算法,采用某陀螺儀實測數(shù)據(jù)對上述提到的三種預測方法進行了比較及仿真分析,驗證了LSTM算法具有較高的預測準確性及有效性;在帶冗余配置的陀螺儀故障診斷算法中,以三自由度陀螺儀為對象,首先研究了三個陀螺儀冗余配置的形式,并搭建了組合陀螺儀輸出信號仿真平臺,其次將搭建的組合陀螺儀實物搭載在無人機上進行飛行試驗,通過對某個陀螺儀進行干擾來模擬可能出現(xiàn)的故障,如傳感器無法供電、傳感器偏離原來測量位置等,并利用上位機獲取陀螺儀正常和故障數(shù)據(jù),根據(jù)奇偶校驗法對故障陀螺進行檢測與識別,同時提出了基于冗余配置信息和基于LSTM網(wǎng)絡的陀螺儀故障檢測方法,并對故障數(shù)據(jù)進行替換;在陀螺儀故障預測方面,首先給出了陀螺儀故障預測整體框圖,利用MATLAB軟件搭建了典型故障的仿真模型,并采集了相應的樣本信息,提出了故障預測效果的評價指標,利用BP網(wǎng)絡、SVM網(wǎng)絡以及LSTM網(wǎng)絡進行了陀螺儀故障預測并比較了三種方法的預測效果。本文主要創(chuàng)新點包括研究了三自由度陀螺儀冗余配置形式,搭建了帶冗余配置的陀螺儀輸出數(shù)據(jù)仿真平臺,同時提出了基于冗余配置信息和基于LSTM網(wǎng)絡的故障檢測算法,并對陀螺儀故障數(shù)據(jù)進行替換及預測。該研究為陀螺儀冗余故障診斷、異常變化檢測以及故障預測工作提供比較實用的技術(shù)工具。本研究得到國家自然科學基金面上項目(編號:91646108,61473222)的資助。
【學位授予單位】：西安理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN96
【圖文】：

本章針對陀螺儀故障進行了分析，具體包括介紹了陀螺儀常見類型，并歸納了導航中陀螺儀故障的類型，其次分析了不同類型陀螺儀故障產(chǎn)生的原因，最后總結(jié)了陀螺障診斷存在的薄弱環(huán)節(jié)。這部分內(nèi)容為之后的陀螺儀異常變化檢測以及陀螺儀故障預供了堅實的理論基礎。1 陀螺儀分類到目前為止，陀螺儀的發(fā)展已經(jīng)非常成熟。根據(jù)陀螺儀轉(zhuǎn)子主軸具有的進動自由心的幾何位置、支撐方式以及產(chǎn)生效應的原理大致可分為四大類[1]，陀螺儀具體分類 2-1 所示。近十幾年來，陀螺儀發(fā)展比較迅速的包括靜電陀螺儀、激光陀螺儀、光纖儀以及振動陀螺儀[3]，靜電陀螺儀是采用靜電技術(shù)或光電技術(shù)支撐高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子在摩擦，精度較高，激光陀螺儀利用激光技術(shù)測量物體相對于慣性空間的角速度，具率陀螺儀的功能[3]。上述提到的這幾種陀螺儀擁有高精度、體積小、耐沖擊以及實用等特點，被廣泛應用于航空、航天領(lǐng)域中的導航定位及姿態(tài)參數(shù)確定，是陀螺儀未來的主流方向[1]。

圖 2-2 陀螺儀故障分類Fig.2-2 Gyroscope Fault Classification（2）從外部環(huán)境對陀螺儀影響因素分析，溫度因素會引發(fā)陀螺儀絕緣老化、熱分形等故障，也是影響漂移故障的主要因素之一；濕度因素會引發(fā)陀螺電機卡死、表和陀螺儀電路板腐蝕等故障；振動與沖擊[44]因素會引發(fā)陀螺儀出現(xiàn)接觸不良和器、磨損等故障；高強度和高寬帶的電磁干擾會引發(fā)陀螺儀性能退化、轉(zhuǎn)子失衡和電等故障[44]。這些環(huán)境因素對系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性和維護水平等具有致命性的打擊。（3）從故障持續(xù)時間對陀螺儀影響因素分析，永久性故障由硬件不可恢復的物理起，如陀螺電機損壞、軸承零件出現(xiàn)磨損老化、元器件接觸不良等[45]；瞬時性故時的環(huán)境條件引起，如溫度的變化、濕度的變化、電磁振動等。這些因素都會影響正常運行，甚至影響慣導系統(tǒng)的導航性能。（4）從故障所輸出信號的特征對陀螺儀影響因素分析，振動故障的產(chǎn)生有多種因素電機的損壞、轉(zhuǎn)子失衡、軸承的磨損、電源電壓不足等都會導致陀螺儀振動故障的而影響導航性能。溫度變化會影響陀螺儀轉(zhuǎn)子體質(zhì)心軸向偏移、力矩器力矩系數(shù)，從而產(chǎn)生漂移故障。隨機漂移產(chǎn)生的原因是作用在陀螺上的干擾力矩，引起隨機

幾種網(wǎng)絡預測算法進行了簡單介紹，提出了預測效果的評價指標；LSTM）網(wǎng)絡，建立了陀螺儀數(shù)據(jù)趨測算法，并分析了不同網(wǎng)絡超效果的影響；最后對不同預測方法進行了比較及仿真分析，并將其干實測數(shù)據(jù)中。型神經(jīng)網(wǎng)絡介紹，神經(jīng)網(wǎng)絡得到了廣泛的發(fā)展，該網(wǎng)絡具有較強的容錯及泛化能力很不錯，特別是對于實際中難以建立數(shù)學模型的復雜系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)用，也為故障診斷與預測方面提供了新思路。網(wǎng)絡，支持向量機（SVM）這個概念被科學家提出，該神經(jīng)網(wǎng)絡是一測的學習方法[50-51]。1990 年，隨著科學家對于統(tǒng)計學習理論[52]的解決神經(jīng)網(wǎng)絡的局限性，使得支持向量機網(wǎng)絡快速發(fā)展。支持向量究方法[53]，在解決一些非線性區(qū)域的識別及預測問題上有著獨特構(gòu)如圖 3-1 所示。

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王馨怡;;利用智能手機上的陀螺儀測量加速度[J];物理之友;2017年09期

2 N·考利特克;G·史密特;王龍楣;;威斯特發(fā)倫礦業(yè)研究公司陀螺儀使用二千次的回顧及精度分析[J];礦山測量;1987年02期

3 倪永華;;先進陀螺儀技術(shù) 慣性導航的重大革命[J];飛航導彈;1988年12期

4 包建華;李道亮;王鵬;位耀光;;海參捕撈裝置導航中低成本陀螺儀的降噪研究與試驗[J];中國農(nóng)業(yè)大學學報;2018年12期

5 林俊龍;;慣性陀螺儀在地下管線測量中的應用[J];長春工程學院學報(自然科學版);2019年02期

6 谷玉海;劉玉龍;徐小力;;陀螺儀動態(tài)角度測量系統(tǒng)的設計[J];儀表技術(shù)與傳感器;2018年04期

7 王勇;張新景;史穎剛;;UWB/陀螺儀組合的溫室噴藥機器人導航系統(tǒng)設計[J];信息技術(shù)與信息化;2019年06期

8 王鵬飛;李奇;;慣性陀螺儀技術(shù)在非開挖超埋深地下管線探測中的優(yōu)勢與應用[J];北京測繪;2019年02期

9 李飛戰(zhàn);尹偉言;陳真;劉勝震;;GYROMAT-3000型高精度陀螺儀定向精度探討[J];測繪標準化;2018年02期

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本文編號：2813482