研究综述

（预紧式并联六维加速度传感器的三支链故障自诊断算法研究）

21世纪的到来，人类迎来了信息爆炸的时代，航空航天、机器人、生物医疗等技术的蓬勃发展为人类谋得了很多福祉。传感器作为基础系统的重要元部件，其故障诊断技术就显得尤为重要。1930年，FLGoodall 在论文中提出在染色工艺前后通过测量羊毛中本身所含的硫与氧气所产生的二氧化硫和硫酸的成分多少来判断染色是否发生错误，并对多种可能的情况进行分析。二十世纪中期，得益于可靠度理论的发展与应用，美国、日本及欧洲的部分发达国家开始重视故障诊断技术的研究。1967年，美国机械故障预防小组成立，故障诊断被上升到国家安全的高度。此后的一段时间内，涌现出多种对故障诊断技术探索的先锋。1969年，工业巨头通用电气（GE）公司开始尝试在型号为700和701的涡轴发动机上配置自主研发的状态监视系统，经过此后十年的发展至1979年，该公司型号为400的涡扇发动机已经具备了实时的发动机监视和寿命跟踪系统，故障诊断得到了良好的应用。1971年，Richard V.B.在其博士论文中通过解析冗余关系和系统自组织的方法是的系统处于稳定闭环状态，达到依据观测器得到有效信息的目的。1976 年，Willsky 对应对包括故障诊断在内的应对突变的检测方法进行了系统调查与研究，但其并没有给出详细的分析，专注点也局限于线性系统。此后，故障诊断技术日渐成熟，1978 年，由Hemmelbau 撰写的第一本关于故障诊断技术的学术著作问世，标志着故障诊断技术日益向着专业化、科学化的方向发展。

我国的故障诊断技术发展略晚于国外。自 1983 始，方崇智教授

致力于故障诊断的探索，先后提出小波变换在故障诊断中的应用，基于delta; 算子的格型故障检测滤波器，归一化滑动窗格型故障检测滤波器等，在故障诊断方面颇有建树。1985 年起，叶银忠教授在研究控制理论与控制工程的同时，进一步对控制系统的容错进行了探索，从 LQR 理论小波分析等多个方面实现了容错技术的突破。发展至 90 年代，我国的故障诊断技术已经有了较快、较大幅度的提升。

经过多年的发展故障诊断技术已日趋发展成熟也有了较为明确的分类。传感器故障诊断技术是故障诊断技术最为突出的应用之一，下文将以传感器的故障诊断为应用例子，分门别类介绍故障诊断技术。现有的应用较多效果较好的故障诊断技术有以下四种。

(1) 硬件冗余法

硬件冗余法一般是指通过多重备份的方法来增加系统的可靠性。早在 1988年，RC Luo 等人就提出了对同样工作环境中的多个传感器进行测量数据一致性的方法，为硬件冗余故障技术打下基础。1994年，H Oedberg 等人开发了一种分布式传感器的测量系统，并且通过一种模糊算子融合将各个传感器的意见进行融合，实现了硬件冗余法故障诊断技术的有效应用。2006年，清华大学的赵志刚、赵伟等人利用多个传感器组合对系统进行检测，通过设计底层运算“逻辑与”从而表决判断出失效传感器。由于其成功引入了动态测量不确定度的理论，使得传感器的使用范围扩大。2008年，国内的梨苗梨、陆琦荣等人对多个传感器的故障诊断技术进行了系统的探索，依次完成了定义测量模型、硬件冗余故障检测、故障分离和故障分离的算法，并据此完成了实验验证。2013年，王福忠、常琳杰等人为了解决线性系统传感器的信号增益健问题，通过硬件冗余法建立传感器信号增益误差模型，并运用线性矩阵不等式理论求解出增益误差的容忍因子，容忍区间及硬件冗余度。

硬件冗余法具有原理简单，不依赖系统的数学模型，检测速度快等优点，但由于需要3只以上的同类型传感器测量同一测点，其所需设备多，使得成本和维护费用高。