一种面向结构集成型自感知GMEHA的一体化控制方法

本发明涉及实时精确闭环控制、故障诊断和趋势预测领域，具体涉及一种面向结构集成型自感知gmeha的一体化控制方法。

背景技术：

1、超磁致电静液作动器可实现高效率的直接电机转换，其应用正向军事、太空领域延伸，是关乎国计民生的前沿技术领域，是必须拥有完全自主研发、制造能力的关键领域。目前，对超磁致电静液作动器的自感知执行能力的研究主要集中在：功能集成型和结构集成型这两方面。两个分离的器件被结构紧密地做在一起，从表象上视为一个整体器件，但功能仍是由两个器件分别承担，是结构集成；传感器与驱动器集成一体，由一个器件实现传感与驱动功能，是功能集成。鉴于超磁致电静液作动器的自身结构和工作方式，结构集成型自感知执行能力是其最优选择。

2、已有研究针对具有结构集成型自感知能力的超磁致电静液作动器的控制方式和方法的不足，主要体现在：缺乏针对实际工况的控制参照模型和有效闭环控制方法的研究。超磁致电静液作动器要想在复杂工况条件下维持高效执行力的同时，又能保证生命周期内的精度和可靠性。一方面依赖结构集成型自感知执行机构的精妙结构设计；另一方面依赖面向实际工况的在线、实时和闭环的控制策略。超磁致电静液作动器的工作性能，包括可靠性与功率电传性能。其多维物理场参数体现在：驱动电信号作用于gmm材料的电场、尺寸、温度，gmm周边的磁场分布，如场强、漏磁、趋肤，对液态工作介质做功的压缩量、压力；gmp整流阀片与液态工作介质高频互动，如压力、流量、流场、摩擦、工质气化，液态工作介质对液压缸做功，如压力、位移。可见，需要结合超磁致电静液作动器各个组件处的多维物理场参数进行系统的动态在线调控，才能实现超磁致电静液作动器在实际工况条件下的可靠性和动态功率传递特性。

技术实现思路

1、本发明提出了一种面向结构集成型自感知gmeha的一体化控制方法，解决了现有技术缺乏针对超磁致电静液作动器实际工况的控制参照模型和有效闭环控制方法的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种面向结构集成型自感知gmeha的一体化控制方法，包括以下步骤：

3、步骤s1：在超磁致电静液作动器gmeha的各执行机构上设置传感器，所述传感器在gmeha对外做工的过程中收集各执行机构的驱动信号以及制动杆对外的输出量，构成多维度样本集；

4、步骤s2：将所述多维度样本集输入深度学习模型，对各执行机构的驱动信号进行调整优化，实现对gmeha的实时闭环控制；

5、步骤s3：建立趋势预测模型，将所述多维度样本集输入趋势预测模型，预测各执行机构的变化趋势，对各执行机构的预测结果进行分析处理，得到超磁致电静液作动器内外部综合变化趋势的预测结果；

6、步骤s4：从所述多维度样本集中提取故障信息，对所述故障信息进行频谱分析后得到各执行机构的历史故障信息以及对应的频谱特征，对各执行机构的故障信息进行分析处理后结合实际故障类型形成作动器故障库，实现对gmeha的在线故障诊断。

7、优选地，步骤s2包括以下步骤：

8、步骤s21：对多维度样本集进行信噪分离、异常剔除、信息挖掘、趋势分析处理；

9、步骤s22：将处理后的多维度样本集划分为训练集、测试集和验证集，将所述训练集输入深度学习模型进行迭代学习；

10、步骤s23：利用训练好的深度学习模型对gmeha各执行机构的驱动信号进行调整优化，实现实时闭环控制。

11、优选地，步骤s3包括以下步骤：

12、步骤s31：建立趋势预测模型，采用时频域结合的信号处理方法，对多维度样本集进行分析处理，得到各执行机构的变化趋势；

13、步骤s32：对各执行机构的变化趋势进行流固耦合、多模态转换、动态能量传递的分析处理，结合gmeha的构造，得到gmeha内外部综合变化趋势的预测结果。

14、优选地，步骤s31中得到的各执行机构的变化趋势的表达式为：

15、

16、

17、式中，t表示时间；t表示时间区间；bn(t)表示执行机构n的底层状态信息；f表示频域；w表示傅里叶变化中的角度；tr表示进行趋势预测。

18、优选地，步骤s32中所述gmeha内外部综合变化趋势的预测结果的表达式为：

19、

20、式中，d、t、l分别表示流固耦合、多模态转换、动态能量传递；trtotal表示进行整体综合趋势预测；n表示执行机构的数量。

21、优选地，步骤s4包括以下步骤：

22、步骤s41：获取多维度样本集中的故障信息，对所述故障信息进行频域处理，通过频谱分析获取各执行机构的历史故障信息和对应的频谱特征；

23、步骤s42：对各执行机构的故障信息进行时序排查、频谱分析、特征挖掘处理，获取其相互之间的关联，结合实际故障类型形成作动器故障库，以此为依据，实现对gmeha的在线故障诊断。

24、优选地，步骤s41中所述的各执行机构的历史故障信息和对应的频谱特征的表达式为：

25、

26、式中，en为执行机构n的故障库；errni表示执行机构n的第i个历史故障信息；spni为执行机构n的第i个历史故障信息对应的频谱特征。

27、优选地，步骤s42中所述作动器故障库的表达式为：

28、

29、式中，t、s、d分别代表时序排查、频谱分析、特征挖掘；ealli为处理后的第i个执行机构的故障库。

30、本发明还提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器和计算机程序，所述计算机程序存储在所述存储器中，并被配置为由所述处理器执行以实现上述的一种面向结构集成型自感知gmeha的一体化控制方法。

31、本发明另外提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现上述的一种面向结构集成型自感知gmeha的一体化控制方法。

32、本发明的有益之处至少包括：

33、通过对具有结构集成型自感知能力的超磁致电静液作动器的研究，开展基于多维物理场参数的在线实时和闭环控制策略、状态变化趋势预测模型以及故障诊断方法的研究，旨在揭示超磁致电静液作动器在复杂工况下的自感知、闭环调控、自身状态变化的机理和内在因素，提出面向结构集成型自感知能力的在线实时和闭环控制、状态变化趋势预测以及故障诊断的理论与方法，具有广阔的理论研究价值和市场发展前景。

技术特征：

1.一种面向结构集成型自感知gmeha的一体化控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种面向结构集成型自感知gmeha的一体化控制方法，其特征在于，步骤s2包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的一种面向结构集成型自感知gmeha的一体化控制方法，其特征在于，步骤s3包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种面向结构集成型自感知gmeha的一体化控制方法，其特征在于：步骤s31中得到的各执行机构的变化趋势的表达式为：

5.根据权利要求4所述的一种面向结构集成型自感知gmeha的一体化控制方法，其特征在于：步骤s32中所述gmeha内外部综合变化趋势的预测结果的表达式为：

6.根据权利要求1所述的一种面向结构集成型自感知gmeha的一体化控制方法，其特征在于，步骤s4包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种面向结构集成型自感知gmeha的一体化控制方法，其特征在于：步骤s41中所述的各执行机构的历史故障信息和对应的频谱特征的表达式为：

8.根据权利要求7所述的一种面向结构集成型自感知gmeha的一体化控制方法，其特征在于：步骤s42中所述作动器故障库的表达式为：

9.一种电子设备，包括：存储器、处理器和计算机程序，其特征在于：所述计算机程序存储在所述存储器中，并被配置为由所述处理器执行以实现权利要求1～8任一项所述的一种面向结构集成型自感知gmeha的一体化控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现权利要求1～8任一项所述的一种面向结构集成型自感知gmeha的一体化控制方法。

技术总结
本发明公开了一种面向结构集成型自感知GMEHA的一体化控制方法，通过采集GMEHA各执行机构的驱动信号以及制动杆对外的输出量，构成多维度样本集；将多维度样本集输入深度学习模型，对各执行机构的驱动信号进行调整优化，实现对GMEHA的实时闭环控制；建立趋势预测模型，将多维度样本集输入趋势预测模型，预测各执行机构的变化趋势，结合GMEHA的结构得到超磁致电静液作动器内外部综合变化趋势的预测结果；从多维度样本集中提取故障信息，对故障信息进行频谱分析后得到各执行机构的历史故障信息以及对应的频谱特征，对各执行机构的故障信息进行分析处理后结合实际故障类型形成作动器故障库，实现对GMEHA的在线故障诊断。

技术研发人员：韩屏
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/16