中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

在南极极端环境下为确保大型望远镜主轴驱动系统正常运行，故障诊断技术必不可少，而现阶段缺乏种类多样的故障数据用于诊断算法的验证。本论文针对望远镜主轴驱动系统开展故障模拟平台研究，研究工作将为望远镜主轴驱动系统故障诊断算法验证工作缺乏有效故障数据的难题提供解决方案。同时，本论文关于故障模拟平台的研究内容也为望远镜健康管理系统有效性验证工作的开展提供了理论和技术储备。 

主要研究内容分为如下几个部分： 
1）针对望远镜主轴驱动系统的三环控制结构，利用微分代数方程为驱动系统创建了符号有向图模型，并在软件仿真中进行了验证。创新性地将符号有向图模型与节点收缩法相结合，借助故障信号在系统中的传播情况，选定了望远镜主轴驱动系统故障注入位置。 
2）结合以往南极望远镜的故障资料，将与主轴驱动系统有关的故障类别进行了划分，并给出了完整的故障场景分析。在故障设备输出信号特征分解的基础上采用简洁的数学公式归纳总结了故障信号特征，并构造了通用故障信号表达式。最后给出了望远镜主轴驱动系统的故障模拟策略，为后续在半实物仿真
平台上生成故障数据提供了信号注入基准。 
3）将选定的故障注入位置与设计的故障模拟策略相结合，搭建了用于望远镜主轴驱动系统的故障模拟半实物仿真平台。分别从总体设计、结构设计、硬件设计、控制系统伺服模型四个方面阐述了半实物仿真平台的搭建过程。最后通过采集的数据分析了平台的机械性能，并基于该平台给出了故障模拟的案例。 

本论文研究面向系统层面的故障传播机制，提出了合理有效的故障注入位置和故障模拟策略，最终搭建出可模拟真实故障场景的半实物仿真平台，可为当前南极望远镜主轴驱动系统故障诊断算法验证工作提供巨大的便利，也对望远镜健康管理系统有效性验证工作具有重要意义。