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基于多传感数据融合的变速运行齿轮异常振动故障诊断

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机床与液压 2024年第7期52卷 220-225页

作者：周光祥李鹏江德业桂林电子科技大学电子信息学院广西北海536000

变速运行齿轮异常振动故障诊断性能过差会增加汽车维护成本,缩短齿轮使用寿命。为了及时识别齿轮故障,保证汽车变速器总成具有良好的振动特性,提出基于多传感数据融合的变速运行齿轮异常振动故障诊断方法。通过分析多传感器数据融合技术... 详细信息

变速运行齿轮异常振动故障诊断性能过差会增加汽车维护成本,缩短齿轮使用寿命。为了及时识别齿轮故障,保证汽车变速器总成具有良好的振动特性,提出基于多传感数据融合的变速运行齿轮异常振动故障诊断方法。通过分析多传感器数据融合技术,掌握变速运行齿轮异常振动故障诊断的理论框架,并以此为基础,参考传感器融合模块、特征级并行多神经网络局部诊断模块和终端分类模块,结合变分模态分解、多通道加权融合和单隐层前馈神经网络训练算法,从信号采集、信号特征提取和信号特征分类3个步骤实现变速运行齿轮异常振动故障诊断。实验结果表明:在齿轮发生轻度磨损时,磨损振动信号的幅值在20~40 mV之间,磨损振动信号的频率在0~4000 Hz区间;中度磨损时,信号的幅值在30~55 mV之间,信号频率在3000~7000 Hz区间;重度磨损时,信号幅值在50~70 mV之间,信号频率在6000~12000 Hz区间,且各阶段诊断结果均与故障程度的实际转折点吻合。由此可知在各样本数量均相同的情况下,提出的故障诊断方法预测值与真实值均相同,故障程度和故障类型的诊断性能均较好。

关键词：多传感数据融合变速运行齿轮异常振动信号特征提取

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基于多传感数据融合滤波的纵向坡度识别算法

机械工程学报 2018年第14期54卷 116-124页

作者：雍文亮管欣王博卢萍萍吉林大学汽车仿真与控制国家重点试验室

道路纵向坡度是汽车动力传动电控系统和底盘主动安全电控系统控制策略的关键参量。以往对道路坡度估算的研究大多假定坡度为常值,且采用单一传感信息估算纵向坡度。然而实际道路和汽车行驶工况复杂多变,易导致传感信号失真甚至错误,采... 详细信息

道路纵向坡度是汽车动力传动电控系统和底盘主动安全电控系统控制策略的关键参量。以往对道路坡度估算的研究大多假定坡度为常值,且采用单一传感信息估算纵向坡度。然而实际道路和汽车行驶工况复杂多变,易导致传感信号失真甚至错误,采用单一的坡度道路模型和传感信息很难保证坡度估算值的精度。建立定坡度和定坡度变化率两个道路模型,利用车辆纵向动力学和加速度传感两个量测,采用多传感数据融合滤波算法通过加权融合获得精确的坡度估计值。通过驾驶模拟器场地试验,验证了该方法能实时有效地对复杂道路坡度进行估计,辨识精度较高,为汽车先进电控系统控制策略提供基础。

关键词：坡度识别多传感数据融合 Kalman滤波驾驶模拟器

基于DSP的多传感数据处理智能硬件架构研究

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基于DSP的多传感数据处理智能硬件架构研究

作者：马凯辉杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随着信息数字化技术的发展,智能化时代已经到来,硬件正逐步走向智能化。信息采集技术的快速崛起,智能硬件需要处理的数据也在迅速增加,随之而来的是数据质量较差、数据形成速度较快、数据多源异构化等问题,而这些问题也是阻碍数据处理... 详细信息

随着信息数字化技术的发展,智能化时代已经到来,硬件正逐步走向智能化。信息采集技术的快速崛起,智能硬件需要处理的数据也在迅速增加,随之而来的是数据质量较差、数据形成速度较快、数据多源异构化等问题,而这些问题也是阻碍数据处理技术领域发展的重要原因。目前传统的智能硬件难以满足处理大量多传感数据的实时性要求,并且功能服务单一,实用性不强,智能化水平较低,难以灵活满足在复杂应用场景下的需求。为应对以上问题本文研究设计了一种基于DSP的多传感数据处理智能硬件架构。针对不同复杂应用场景,弥补传统智能硬件在硬件安装部署和软件版本迭代等方面的诸多不便,提出了一种可以灵活配置的硬件可重构系统方案。硬件上将核心通讯计算控制单元与多传感器信号采集单元分离设计,传感器可插拔设计,实现传感器平台与通讯计算平台分离,提升系统可复用性;软件上提出支持硬件可重构的引导程序方案,引导程序方案包含跳转用户程序、Flash擦除和写入程序、在线应用编程（In Application Programming,IAP）升级文件获取程序三大结构,共同完成核心通讯计算控制单元的软件配置和版本迭代。针对多传感器数据信号处理的融合和实时性问题,提出了一种以MCU+DSP双核处理器为核心计算控制单元的智能硬件架构方案。将MCU的事务管理能力与DSP的高速数字信号处理能力融合在一起,提高系统整体性能,同时基于该智能硬件架构可灵活配置多种类型传感器,以满足不同应用场景下的需求。针对多传感器数据采样数据质量较差问题,设计实现了一种ADC过采样和累积抽取算法。该算法能够降低ADC采样量化噪声,还原恢复更为真实的原始信号,提升ADC采样的有效分辨率。针对多传感器信号需要同步采样处理的问题,设计实现了一种多通道A/D同步采样驱动模型。针对多传感器数据融合处理,研究实现了时域抽取基2-FFT算法。在此算法应用上,设计了一种基于DSP的离散傅里叶变换法相位差检测方法,在工程领域中相位差测量有着广泛的应用,高精度的相位差测量方法在工程项目中具有深远的意义。基于多传感数据处理智能硬件架构开发的用电行为智能安全监测系统,在第十五届中国研究生电子设计竞赛中获得赛区二等奖,并且已经投入到实际工程应用中,在高校、居民楼以及酒店等地区场所中安装使用,在使用过程中已然多次发现安全隐患,从而印证了本文设计的实际市场应用价值。

关键词：多传感数据融合智能硬件 DSP+MCU 硬件可重构

基于模糊逻辑的交互式多模型网络化弹药多节点目标跟踪算法

同方学位论文库评论

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兵工学报 2015年第4期36卷 595-601页

作者：孙宝亮姜春兰李明程鑫轶北京理工大学机电学院北京100081

针对地面网络化弹药系统多节点目标跟踪问题,提出了基于模糊逻辑的交互式多模型(FL-IMM)多节点目标跟踪算法。在多模型交互输出阶段,利用测量误差协方差矩阵的理论值与估计值之间的差值自适应调整测量误差方差;在多节点融合阶段,建立模... 详细信息

针对地面网络化弹药系统多节点目标跟踪问题,提出了基于模糊逻辑的交互式多模型(FL-IMM)多节点目标跟踪算法。在多模型交互输出阶段,利用测量误差协方差矩阵的理论值与估计值之间的差值自适应调整测量误差方差;在多节点融合阶段,建立模糊融合系统(FFS)将来自不同节点的目标状态估计数据融合,进而得到网络目标状态估计。通过一个具有3个主探测节点的网络验证了该算法的可行性。实验结果表明,该算法在传感器失效、系统测量误差未知等情况下仍能很好地跟踪机动目标;该算法在地面网络化弹药多节点目标跟踪方面具有较大的实用性。

关键词：兵器科学与技术网络化弹药多传感数据融合交互式多模型模糊逻辑目标跟踪

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多模式切换下车载雷达数据融合目标跟踪算法

激光杂志 2021年第11期42卷 53-59页

作者：周潇韵张远辉中国计量大学机电工程学院杭州310018

为获得更全面的感知信息,自动驾驶系统常采用FMCW毫米波雷达等多种传感器对道路环境进行感知。汽车目标跟踪是车载FMCW毫米波雷达的主要研究方向,该雷达常采用远近多模式切换方案以兼顾测量精度和测量范围。为获得相较于单模式雷达更高... 详细信息

为获得更全面的感知信息,自动驾驶系统常采用FMCW毫米波雷达等多种传感器对道路环境进行感知。汽车目标跟踪是车载FMCW毫米波雷达的主要研究方向,该雷达常采用远近多模式切换方案以兼顾测量精度和测量范围。为获得相较于单模式雷达更高的估计精度,需要对多模式FMCW雷达中的测量数据进行数据融合,并应用于目标跟踪算法中。提出一种多模式切换下的车载FMCW毫米波雷达数据融合目标跟踪算法,在仿真车载场景和道路实测数据进行了验证。实验结果表明该算法相较于单模式毫米波雷达目标跟踪算法,具有更高和更稳定的跟踪精度。

关键词：雷达目标跟踪多传感数据融合 FMCW毫米波雷达 Kalman滤波

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基于体感网的脑瘫儿童治疗评估方法

计算机应用 2019年第A1期39卷 235-240页

作者：梁兵李杰苏州工业园区博爱学校江苏苏州215000 大连理工大学电子信息与电气工程学部辽宁大连116024

马术治疗是目前针对脑瘫儿童医疗康复而设立的一种新型治疗手段,针对其目前存在的疗效评估难、实验数据难以获取等问题,提出了一种基于体域传感器网络的脑瘫儿童马术治疗评估方法。首先通过在患儿运动功能障碍部位布置惯性传感器节点,... 详细信息

马术治疗是目前针对脑瘫儿童医疗康复而设立的一种新型治疗手段,针对其目前存在的疗效评估难、实验数据难以获取等问题,提出了一种基于体域传感器网络的脑瘫儿童马术治疗评估方法。首先通过在患儿运动功能障碍部位布置惯性传感器节点,实时采集马术治疗过程中脑瘫患儿的运动数据;然后通过多传感器数据融合方法,结合人体运动学理论,构建基于人体动力学模型的脑瘫患儿三维动作捕捉系统,并采用Vicon光学捕捉系统来验证算法精度;最后通过综合分析关节角度,运动姿态来评估脑瘫患儿在马术疗法后的运动功能康复效果。实验结果表明,算法的对应三欧拉角的均方根误差(RMS)分别为1.2493°、0.2934°和0.8249°。通过对多例脑瘫患儿的髋关节、膝关节以及踝关节统计数据的分析可得,马术治疗后髋关节屈曲范围、膝关节屈曲范围和踝关节趾屈范围分别增加了27.4°、28.8°和23.1°,该结果表明,大多数脑瘫患儿的肢体关节运动范围与治疗前相比得到了有效改善,说明马术治疗方案对于脑瘫患儿的运动功能康复具有一定的作用,可以作为一种康复干预疗法引入到脑瘫儿童的日常康复治疗中,并证明了采用体域传感器网络来评估马术疗法功效的手段是可行的。给马术治疗的量化评估提供了借鉴,具有实际的工程意义和医学价值。

关键词：马术治疗体域传感器网络脑瘫儿童多传感数据融合康复医疗动作捕捉

球磨机料位检测仪的开发及其在优化运行控制上的应用

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仪表技术与传感器 2002年第11期 20-22页

作者：李晓枫吴惠雁李勇广东省电力试验研究所广东广州510600 广东省水产学校广东广州510600 圣阳自动化设备有限公司广东广州510600

料位检测仪是利用球磨机运行时发出的振动信号 ,根据对各台不同工况下球磨机振动信号的分析 ,得出了表征球磨机变化情况的信号 ,采用该信号并融合磨煤机其他的运行信号 ,就能将球磨机控制在最佳运行工况。这种控制自 1999年起已在多台... 详细信息

料位检测仪是利用球磨机运行时发出的振动信号 ,根据对各台不同工况下球磨机振动信号的分析 ,得出了表征球磨机变化情况的信号 ,采用该信号并融合磨煤机其他的运行信号 ,就能将球磨机控制在最佳运行工况。这种控制自 1999年起已在多台中储式制粉系统上成功应用。运行表明 ,该技术能使电站制粉系统运行更安全。

关键词：料位检测仪球磨机 FFT 特征频谱多传感数据融合模糊自寻优

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基于多传感技术相融合的手势交互系统研究

基于多传感技术相融合的手势交互系统研究

作者：赵杨河北经贸大学

学位级别：硕士

手是人类最灵活的肢体之一,而手势是最丰富最具有表现能力的肢体语言。近年来增强现实、体感游戏等计算机应用飞速发展,基于鼠标键盘等传统人机交互系统存在用户使用区域固定、交互空间二维等限制,无法满足新应用的需要,而手势没有这些... 详细信息

手是人类最灵活的肢体之一,而手势是最丰富最具有表现能力的肢体语言。近年来增强现实、体感游戏等计算机应用飞速发展,基于鼠标键盘等传统人机交互系统存在用户使用区域固定、交互空间二维等限制,无法满足新应用的需要,而手势没有这些限制,以其灵活直观的特点,被认为是虚拟环境与自然环境之间交互的最佳方式,成为新型人机交互领域中研究的热点。目前手势识别主要通过图像捕捉和传感器采集两种方式获取手势信息并加以识别。图像捕捉方案容易受背景、光照等环境因素影响,识别准确性不高且对应用环境要求苛刻,而传感器采集方案对背景光照等环境要求不高,但存在机械电子噪声、漂移等固有缺陷,识别效率和准确性也不理想,且存在初始标定、静止/运动标定、误差随时间累计等难点,因此,本文在详细分析两种手势获取及识别技术的特点基础上,提出基于Kinect深度图像、加速度信息及角速度信息相融合,实现高准确度的手势人机交互系统。主要研究内容:(1)采用Kinect2.0摄像机获取用户的深度图像信息,对该信息进行灰度化、平滑、二值化等处理,有效滤除深度图像中的背景及噪声信息,基于此深度图像信息并结合骨骼信息,利用预先手势训练结果,实现预定义手势识别。(2)分析加速度和角速度传感器误差特点,针对原始采样数据提出“叠窗平滑积分”预处理算法,并使用卡尔曼滤波算法进行滤波,使用该方法有效降低加速度和角速度数据中的噪声信息,提高了运动和姿态信息计算的准确性。(3)针对加速度数据计算位移信息存在误差累计的缺点,本文用深度图像数据计算位移,用于修正加速度计算位移量算法,得到加速度数据计算位移信息的近似公式。通过Kinect摄像机和加速度传感器有效融合,实现复杂场景的手部运动信息计算方法。(4)针对角速度数据进行姿态解算过程中存在初始状态无法标定、零点漂移等问题,提出了使用Kinect数据进行初始状态标定和运动/静止标定、静止状态下重力加速度姿态解算和角速度姿态解算相融合的手部姿态解算算法。(5)设计出基于BLE(Bluetooth Low Energy,蓝牙低能耗)4.0的手部姿态捕获部件,实时获取手部的空间加速度和角速度信息,以计算手部运动信息和姿态。

关键词：人机交互深度图像 MEMS传感器卡尔曼滤波多传感数据融合

基于图优化的差速移动机器人激光SLAM研究

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基于图优化的差速移动机器人激光SLAM研究

作者：任纪颖山东大学

学位级别：硕士

目前,智能移动机器人在人们日常生活扮演者重要的角色,即时定位及建图（Simultaneous Location and Mapping,SLAM）技术是移动机器人发展中的核心关键技术。因激光雷达能够获取到精确的障碍物的距离信息,具有较强的抗干扰能力,能够构建... 详细信息

目前,智能移动机器人在人们日常生活扮演者重要的角色,即时定位及建图（Simultaneous Location and Mapping,SLAM）技术是移动机器人发展中的核心关键技术。因激光雷达能够获取到精确的障碍物的距离信息,具有较强的抗干扰能力,能够构建精准的地图及很好的满足对二维室内环境的构建,因此选择激光传感器作为外部测量传感器研究SLAM技术,基于图优化的SLAM算法因其具备回环检测的能力、实时性高等优点能够建立更为精确的地图,是目前激光SLAM技术的主要研究方向。本文以基于图优化SLAM为研究基础,依托于山东大学ALEbot研发平台,通过对图优化SLAM中涉及的关键技术进行研究优化,搭建实验平台,在真实环境下进行算法实验,结果显示建图效果较好,本文主要的研究内容分为以下几个方面:（1）依据ALEbot研发平台,根据激光传感器测距原理建立激光雷达模型,并根据研发平台的差速驱动原理建立移动机器人的运动模型,针对该运动模型中对旋转测量误差较大的问题,利用陀螺仪能得到更为准确旋转测量的特性,对航迹推算算法进行改进,实验证明改进后航迹推算在短距离上能够实现较高的定位精度,但是面对较长的运行则会存在着累积误差,导致较大的定位误差。（2）针对迭代最近点算法实现帧间匹配期间存在错误匹配的问题,利用机器学习与其进行融合的改进算法,通过三组环境下进行实验得到改进后帧间匹配算法在x方向上的平均绝对误差为2.1863mm,y方向的平均绝对误差为2.6954mm,角度的平均绝对误差为0.0645°,为避免轮子打滑导致较大的定位误差,据此建立激光里程计;并根据帧间匹配得到的数据利用基于模型的方法对轮式里程计的结构尺寸进行标定,通过多组实验得到轮式里程计的左轮直径为144.344mm,右轮直径为 143.875mm,轮间距为 525.833mm。（3）针对用户可视化及后续导航中对地图的需求,选取栅格地图作为最后实验建图的最终呈现形式;针对子地图建立过程中存在对激光里程计的依赖,设计将激光传感器、轮式编码器、IMU利用扩展卡尔曼滤波算法进行融合;针对分割-合并（Split and Merge,SM）算法特征提取过程中对参数较敏感的问题,提出利用基于斜率差进行预分割,再用SM算法进行线段特征提取,能够有效的提取到激光点云中的直线特征;针对图优化的回环检测提出map-to-map的检测方式,通过回环检测建立“强”约束,利用图优化算法达到校正机器人位姿的目的。搭建实验平台在室内环境下进行实验,通过对比真实环境和基于图优化SLAM算法得到的建图的尺寸,得出建图中误差为0.0613m,能满足移动机器人在室内进行导航对地图的精度要求。

关键词：激光SLAM 航迹推算帧间匹配图优化多传感数据融合