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并联式六维加速度传感器故障修复的算法及试验研究
摘要：六维并联机构具有较大的灵活性，且得到了广泛的应用，但是并联机构在运动时会产生惯性力，六维加速度传感器便是可以用于检测并联机构的六维加速度信息并反馈给控制系统从而采取相应的措施来消除惯性力。但由于压电陶瓷具有易受损的特性和多自由度的不稳定性，六维加速度传感器自身也会出现故障，所以需要有效快速的方法对六维加速度传感器实施实时监控，并实现自诊断与修复。
关键词：故障修复算法；传感器；六维加速度
- 前言
传感器作为基础系统中的重要元器件，其探索研究已经朝着安全、成熟的方向发展，但现代工业设备系统复杂，并且经常需要连续化、高速化的运作，传感器发生故障也是时常发生的。一旦传感器出现性能蜕化、故障甚至失效，将不可避免地影响后续的测量、监控等工作，轻则导致系统故障，重则造成不可估量的生命、财产损失。而六维并联机构具有较大的灵活性，且得到了广泛的应用，但是并联机构在运动时会产生惯性力，并且具有传感器共有的故障隐患。六维加速度传感器便是可以用于检测并联机构的六维加速度信息并反馈给控制系统，从而采取相应的措施来消除惯性力。但由于压电陶瓷具有易受损的特性和多自由度的不稳定性，六维加速度传感器自身也会出现故障，所以需要有效快速的方法对六维加速度传感器实施实时监控，并实现自诊断与修复。因此，六维加速度传感器故障自诊断技术将是提高六维加速度传感器可靠性的重要技术。
国内外的研究现状
姚建涛,崔朋肖等人（2016）对六维加速度传感器进行了容错测量原理的理论分析与标定测试研究，论证了预紧式并联六维加速度传感器比传统Steward六维力传感器有更好的自容错特性，并基于螺旋理论和变形协调关系，分别建立了预紧式并联六维力传感器无故障、信号故障的数学模型。对预紧式并联六维力传感器进行无故障和信号故障时单向和两方向组合的容错标定，得出容错测量模型相对于无故障测量模型，通过分析测试数据，得到传感器不同工作状态下的线性误差。
Xia Yuhui，Li Chenggang，You Jingjing等（2013）研究的并联六维加速度传感器的四种构型具有正向运动学的闭合解，为实现实时解耦的动力学奠定了理论基础。基于凯恩动力学中的拟速度法，推导了一种在结构空间中的解耦算法，利用数值方法可以完整、及时地实现六轴加速度的计算。通过计算机仿真，对不同结构的四个六维加速度传感器的性能进行了评估，对受结构影响的静态；特性进行了定量比较，得出四个并联六维加速度传感器对应结构的耦合程度将直接决定一个有效计算算法的构造，以及六个加速度分量的实时解耦特性。合理的空间分布肢数可以有效地改善六维加速度计灵敏度与其刚度特性之间的矛盾关系。
尤晶晶，李成刚等（2012）运用哈密顿动力学对六维加速度传感器进行解耦，拓宽了其工作环境范围。在相空间内推导出哈密顿变量之间两个正交关系式，据此给出了求解非线性耦合微分代数方程的一种新算法。针对在信号处理以及数值微分过程中产生 的误差，避开误差自身，寻找多变量之间的固有约束关系进而建立多误差之间的相容方程，通过求解最小范数解实现修正。最后通过仿真和试验验证了设计方案的合理性以及动力学模型的可靠性。
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