CN105353168B - 一种预紧型六维加速度传感器及其故障自诊断方法 - Google Patents
一种预紧型六维加速度传感器及其故障自诊断方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种预紧型六维加速度传感器及其故障自诊断方法，涉及多维惯性测量技术领域，所述预紧型六维加速度传感器包括：质量块、外壳、副板、预紧柱、支链，质量块和支链均设于外壳的容置腔内，外壳每个面的正中心有一个螺纹通孔和一个与螺纹通孔等距离的“U”形直沟槽，副板的侧板穿过直沟槽伸出外壳，副板的底板置于外壳的内部，预紧柱穿过螺纹通孔与副板的底板内侧面接触,12根支链等分成6组且每组共用1个球铰链。所述故障自诊断方法包括步骤S1构建支链电压协调方程，S2判断支链电压协调方程是否成立，S3计算支链电压的修复值，S4对支链故障进行自动修复。本发明能够解决传统技术中普遍存在的支链预紧和故障诊断这两个难题。
Description
技术领域
本发明涉及多维惯性测量仪器领域，特别是涉及一种预紧型六维加速度传感器及其故障自诊断方法。
背景技术
加速度传感器在振动实验中有着重要作用，它采样得出振动试验中监测点的振动量值，为开展振动方面的研究提供数值依据，所以，加速度传感器本身性能的优劣直接影响待测对象最终的处理效果。刚体在空间的运动包括沿3个主坐标轴方向的平移和绕3个主坐标轴的旋转，其振动加速度分别对应于三维线加速度和三维角加速度，合称“六维加速度”。传统方法一般采用若干个单维加速度计或者加速度计配合陀螺仪的方式来获得载体的六维加速度信息。然而，由于多个惯性质量块的质心位置不一致，系统对各加速度计以及陀螺仪的安装精度要求非常高；另外，这种组合方式在力学原理上就存在较严重的杆臂效应和横向灵敏度效应，故其原理精度较低。本发明人在专利《冗余并联式六维加速度传感器及其测量方法》中发明了一种基于9-SPS 并联机构构型的单质量块一体化六维加速度传感器，仍然不能解决多输入多输出类传感器中普遍存在的两个难题，从而阻碍了其实用化进程：第一，每根支链的两个端点相对于外壳的位置绝对固定，在支链的轴向上无法施加预紧力，六维加速度传感器工作时串接在所有支链中间的敏感元件就处于受拉、受压的交替变化模式下，容易产生支链松脱、电极与导线接触不良、信号泄漏等现象，导致输出信号的信噪比较大；第二，众多支链在长时间测量过程中，尤其是在多物理场的复杂环境下工作时不可避免地会出现故障，包括硬件故障和软件故障，加速度解耦算法中的输入量与其真实值之间就存在极大偏差，导致解耦结果完全失真，表现为测量系统的瘫痪。在专利《整体预紧双层上下对称八杆并联结构六维力传感器》针对六维力传感器的预紧问题发明了一种预紧方法，但存在系统精度、灵敏度等性能的各向同性度较弱的问题。在专利《汽车电子稳定控制系统传感器故障诊断和容错控制方法》针对汽车电子稳定控制系统内传感器的故障问题发明了一种故障诊断方法，不足之处是运动特征参量阈值的设置严重依赖于测量对象的工况条件，具有不确定性，实际操作时比较困难。那么如何使现有六维加速度传感器的弹性体拓扑构型与测量对象的六自由度运动特征以及传感器本身的维间耦合特性完全匹配是亟待解决的问题。
因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何能够创新地提出一种更为有效的方法，使现有六维加速度传感器的弹性体拓扑构型与测量对象的六自由度运动特征以及传感器本身的维间耦合特性完全匹配，以满足实际应用中的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种预紧型六维加速度传感器及其故障自诊断方法，从弹性体拓扑构型出发，对六维加速度传感器的预紧和容错问题进行创造研究，以满足实际应用中的需求。
为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了一种预紧型六维加速度传感器及其故障自诊断方法，包括：一种预紧型六维加速度传感器，包括质量块、外壳、6块副板、6根预紧柱、12根支链，其特征在于，所述质量块和12根支链均设于外壳的容置腔内，初始状态下，质量块的几何中心与外壳的几何中心重合，外壳为由6块相同正方形板装配成的空心立方体，6块板的正中心各有1 个螺纹通孔，通孔被1个“U”形直沟槽包围，直沟槽的3条槽边与螺纹通孔的孔心等距离，6块副板结构相同，由3块侧板和1块底板装配而成，侧板与外壳上的“U”形直沟槽配合且侧板部分置于外壳的外部，底板置于外壳的内部且与相邻外壳面平行，12根支链分成完全相同的6组，每组2根垂直布置且共用1 个球铰链；6个共用的球铰链分别固接于质量块上的通过2个对顶点的6条棱边的中心，每组支链中的2根支链方向分别垂直于质量块上与该组支链所在棱边相邻的2个平面，每组支链中的2个非共用球铰链分别固接于与所在支链方向垂直的相邻副板的底板，6根预紧柱结构相同，为纵切面呈“T”形的共轴线双圆柱体，小圆柱侧面有外螺纹，与外壳上的螺纹通孔配合，小圆柱底面与副板的底板内侧面接触，大圆柱置于外壳的外部。
优选的，所述12根支链结构相同，均由1组压电陶瓷和2个球铰链串联而成，压电陶瓷位于2个球铰链之间，12组压电陶瓷结构相同，均由若干圆柱状压电陶瓷片串联而成。
优选的，所述预紧柱上有可用于限制过大预紧力的轴肩。
一项所述预紧型六维加速度传感器的故障自诊断方法，包括以下步骤：
S1：构建支链电压协调方程，根据6个共用球铰链之间的笛卡尔距离恒定，以及6组压电陶瓷的输出电压值ui与其所在支链变形量之间满足的正比例关系，运用并联机构运动学正解的相关理论建立关于12个通道输出电压的 6个协调方程，并在六维加速度传感器实际工作时，通过虚拟仪器对此进行全程监测。
u1-u3-u6+u8＝0 (1)
u5-u7-u9+u11＝0 (2)
u2-u4-u10+u12＝0 (3)
u1+u2+u3+u4＝0 (4)
u5+u6+u7+u8＝0 (5)
u9+u10+u11+u12＝0 (6)
S2：判断支链电压协调方程是否成立，将12个通道输出的电压代入支链电压协调方程，判断方程等式是否成立。
S3：根据支链电压协调方程不成立的方程，计算支链电压修复值的方法。
S4：根据S3计算的支链电压修复值对支链故障进行自动修复。
进一步地，所述S2的判断支链电压协调方程是否成立的判断步骤：
S21：若6个电压协调方程全部成立，则表明所有支链均无故障；
S22：若6个电压协调方程中有且仅有2个方程不成立，则表明可能出现的情况为6种：方程(1)和(4)同时不成立，方程(2)和(5)同时不成立，方程(3)和(4)同时不成立，方程(1)和(5)同时不成立，方程(2) 和(6)同时不成立，方程(3)和(6)同时不成立。
S23：若6个电压协调方程中有且仅有3个方程不成立，则表明可能出现的情况为6种：包括方程(1)、(3)和(4)同时不成立，方程(1)、(4)和 (5)同时不成立，方程(3)、(4)和(6)同时不成立，方程(1)、(2)和 (5)同时不成立，方程(2)、(5)和(6)同时不成立，方程(2)、(3)和 (6)同时不成立。
S24：若6个电压协调方程中有且仅有4个方程不成立，则表明可能出现的情况为9种：包括方程(1)、(2)、(4)和(5)同时不成立，方程(1)、 (2)、(4)和(6)同时不成立，方程(1)、(3)、(4)和(6)同时不成立，方程(2)、(3)、(4)和(5)同时不成立，方程(1)、(3)、(4)和(5)同时不成立，方程(2)、(3)、(4)和(6)同时不成立，方程(2)、(3)、(5) 和(6)同时不成立，方程(1)、(2)、(5)和(6)同时不成立，方程(1)、 (3)、(5)和(6)同时不成立。
进一步地，所述S3计算支链电压修复值方法的步骤为：
S31：若6个电压协调方程中有且仅有2个方程不成立，且是方程(1) 和(4)同时不成立时：
方程(1)和(4)的等号两边分别相加，得到：
2u1+u2+u4-u6+u8＝0 (7)
若方程(7)成立，则诊断为编号3的支链出现故障，且根据方程(1) 可将u3修复成：
u3＝u1-u6+u8 (8)
方程(1)和(4)的等号两边分别相减，得到：
u2+2u3+u4+u6-u8＝0 (9)
若方程(9)成立，则诊断为编号1的支链出现故障，且根据方程(1) 可将u1修复成：
u1＝u3+u6-u8 (10)
若方程(7)和(9)均不成立，则诊断为编号1和3的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(4)可将u1和u3修复成：
u1＝0.5(-u2-u4+u6-u8) (11)
u3＝0.5(-u2-u4-u6+u8) (12)
S32：若6个电压协调方程中有且仅有3个方程不成立，且是方程(1)、 (3)和(4)同时不成立时：
方程(1)、(3)和(4)的等号两边分别相加，得到：
2u1+2u2-u6+u8-u10+u12＝0 (13)
若方程(13)成立，则诊断为编号3和4的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(3)可将u3和u4修复成：
u3＝u1-u6+u8 (14)
u4＝u2-u10+u12 (15)
方程(1)和(3)的等号两边分别相加，并将得到的方程与方程(4)的等号两边分别相减，得到：
2u3+2u4+u6-u8+u10-u12＝0 (16)
若方程(16)成立，则诊断为编号1和2的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(3)可将u1和u2修复成：
u1＝u3+u6-u8 (17)
u2＝u4+u10-u12 (18)
方程(1)和(3)的等号两边分别相减，并将得到的方程与方程(4)的等号两边分别相加，得到：
2u1+2u4-u6+u8+u10-u12＝0 (19)
若方程(19)成立，则诊断为编号2和3的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(3)可将u2和u3修复成：
u2＝u4+u10-u12 (20)
u3＝u1-u6+u8 (21)
方程(1)和(3)的等号两边分别相减，并将得到的方程与方程(4)的等号两边分别相减，得到：
2u2+2u3+u6-u8-u10+u12＝0 (22)
若方程(22)成立，则诊断为编号1和4的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(3)可将u1和u4修复成：
u1＝u3+u6-u8 (23)
u4＝u2-u10+u12 (24)
S33：若6个电压协调方程中有且仅有4个方程不成立，且是方程(1)、 (2)、(4)和(5)同时不成立时：
方程(2)和(5)的等号两边分别相加，得到：
2u5+u6+u8-u9+u11＝0 (25)
若方程(7)和(25)同时成立，则诊断为编号3和7的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(2)可将u3和u7修复成：
u3＝u1-u6+u8 (26)
u7＝u5-u9+u11 (27)
方程(2)和(5)的等号两边分别相减，得到：
u6+2u7+u8+u9-u11＝0 (28)
若方程(7)和(28)同时成立，则诊断为编号3和5的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(2)可将u3和u5修复成：
u3＝u1-u6+u8 (29)
u5＝u7+u9-u11 (30)
若方程(9)和(25)同时成立，则诊断为编号1和7的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(2)可将u1和u7修复成：
u1＝u3+u6-u8 (31)
u7＝u5-u9+u11 (32)
若方程(9)和(28)同时成立，则诊断为编号1和5的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(2)可将u1和u5修复成：
u1＝u3+u6-u8 (33)
u5＝u7+u9-u11 (34)
以上三种情况仅仅是一个典型的计算方法，出现其他情况计算方法与示例方式一样。
通过采取上述技术方案，本发明的有益效果是，(1)在不改变传感器弹性体拓扑构型且保证系统各向同性的前提下，通过在外壳上嵌入副板可实现所有支链的预紧，确保敏感元件的输出信号不会由于支链受拉而失真，12根支链的预紧力在质量块上互相抵消不形成附加作用力或力矩，且六维加速度的解耦算法与预紧力无关，预紧力大小不影响六维加速度的解耦精度；(2) 在不额外添加辅助测量设备且不依赖于测量对象工况条件的前提下，仅借助于弹性体拓扑构型自身所固有的约束关系可实现所有单支链、双支链的故障自诊断，确保系统能够“带病”正常工作，自诊断算法仅涉及到加减法运算，且由自诊断算法可直接导出自修复结果而无需额外运算，故将本发明的方法融入解耦算法后不影响六维加速度解耦的实时性。
本发明能够解决传统技术中普遍存在的支链预紧和故障诊断这两个难题，有利于促进六维加速度传感器的实用化和仪器化进程。
附图说明
图1为本发明的一种预紧型六维加速度传感器的透视图；
图2为本发明的一种预紧型六维加速度传感器的外观图；
图3为本发明的一种预紧型六维加速度传感器外壳的外观图；
图4为本发明的一种预紧型六维加速度传感器球铰链的2根垂直支链的外观图；
图5为本发明的一种预紧型六维加速度传感器质量块与12根支链之间的配置关系图，其中，支链中间的数字代表对应支链的编号；
图6为本发明的一种预紧型六维加速度传感器副板的外观图；
图7为本发明的一种预紧型六维加速度传感器的预紧柱的外观图；
图8为预紧型六维加速度传感器的故障自诊断方法流程图。
图中标号：1质量块，2支链，21压电陶瓷，22球铰链，4外壳，41螺纹通孔，42直沟槽，5副板，51侧板，52底板，6预紧柱，61大圆柱，62 小圆柱。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
详细介绍本发明实施例提供的一种预紧型加速度传感器。
参见图1至图7，本方案所述的一种预紧型六维加速度传感器，包括：质量块1、外壳4、6块副板5、6根预紧柱6、12根支链2，所述质量块1为立方体，外壳4为由6块相同正方形板装配成的空心立方体，6块板的正中心各有 1个螺纹通孔41，通孔41被1个“U”形直沟槽42包围，直沟槽42的3条槽边与螺纹通孔41的孔心等距离，质量块1和12根支链2均设于外壳4的容置腔内，初始状态下，质量块1的几何中心与外壳4的几何中心重合，6块副板5 结构相同，由3块侧板51和1块底板52装配而成，侧板51与外壳4上的“U”形直沟槽42配合且侧板51部分置于外壳4的外部，底板52置于外壳4的内部且与相邻外壳面平行，12根支链2分成完全相同的6组，每组2根垂直布置且共用1个球铰链22；6个共用的球铰链分别固接于质量块上的通过2个对顶点的6条棱边的中心，每组支链中的2根支链方向分别垂直于质量块上与该组支链所在棱边相邻的2个平面，每组支链2中的2个非共用球铰链22分别固接于与所在支链2方向垂直的相邻副板5的底板52，6根预紧柱6结构相同，为纵切面呈“T”形的共轴线双圆柱体，小圆柱62侧面有外螺纹，与外壳4上的螺纹通孔41配合，小圆柱62底面与副板5的底板52内侧面接触，大圆柱61置于外壳4的外部。从机构拓扑学的角度来看，上述质量块1、12根支链2，以及 6块副板5就共同构成了新型的冗余并联机构。按照上述方案实现六维加速度传感器中各零部件的初装配之后，分别拧紧6根预紧柱6上的螺纹完成12根支链 2的预紧；所述预紧柱6的轴肩可用于限制过大的预紧力，以防止支链内零部件被压坏。
实施例二
参照图8，详细介绍本发明实施例提供的一种预紧型六维加速度传感器故障自诊断方法，包括以下步骤：
S1、构建支链电压协调方程，根据6个共用球铰链之间的笛卡尔距离恒定，以及6组压电陶瓷的输出电压值ui与其所在支链变形量之间满足的正比例关系，运用并联机构运动学正解的相关理论建立关于12个通道输出电压的 6个协调方程，并在六维加速度传感器实际工作时，通过虚拟仪器对此进行全程监测。
u1-u3-u6+u8＝0 (1)
u5-u7-u9+u11＝0 (2)
u2-u4-u10+u12＝0 (3)
u1+u2+u3+u4＝0 (4)
u5+u6+u7+u8＝0 (5)
u9+u10+u11+u12＝0 (6)
S2、判断支链电压协调方程是否成立，将12个通道输出的电压代入支链电压协调方程，判断方程等式是否成立。
S3：根据支链电压协调方程不成立的方程，计算支链电压修复值的方法。
S4：根据S3计算的支链电压修复值对支链故障进行自动修复。
其中，所述步骤S2判断支链电压协调方程是否成立方式为：
S21：若6个电压协调方程全部成立，则表明所有支链均无故障；
S22：若6个电压协调方程中有且仅有2个方程不成立，则表明可能出现的情况为6种：方程(1)和(4)同时不成立，方程(2)和(5)同时不成立，方程(3)和(4)同时不成立，方程(1)和(5)同时不成立，方程(2) 和(6)同时不成立，方程(3)和(6)同时不成立。
S23：若6个电压协调方程中有且仅有3个方程不成立，则表明可能出现的情况为6种：方程(1)、(3)和(4)同时不成立，方程(1)、(4)和(5) 同时不成立，方程(3)、(4)和(6)同时不成立，方程(1)、(2)和(5) 同时不成立，方程(2)、(5)和(6)同时不成立，方程(2)、(3)和(6) 同时不成立。
S24：若6个电压协调方程中有且仅有4个方程不成立，则表明可能出现的情况为9种：方程(1)、(2)、(4)和(5)同时不成立，方程(1)、(2)、 (4)和(6)同时不成立，方程(1)、(3)、(4)和(6)同时不成立，方程 (2)、(3)、(4)和(5)同时不成立，方程(1)、(3)、(4)和(5)同时不成立，方程(2)、(3)、(4)和(6)同时不成立，方程(2)、(3)、(5)和(6) 同时不成立，方程(1)、(2)、(5)和(6)同时不成立，方程(1)、(3)、(5) 和(6)同时不成立。
所述步骤S3计算支链电压修复值的方法为：
S31：若6个电压协调方程中有且仅有2个方程不成立，下面以“方程(1) 和(4)同时不成立”的情况为例，给出对应的故障自诊断算法，其它5种情况的处理方法与此完全相同。
方程(1)和(4)的等号两边分别相加，得到：
2u1+u2+u4-u6+u8＝0 (7)
若方程(7)成立，则诊断为编号3的支链出现故障，且根据方程(1) 可将u3修复成：
u3＝u1-u6+u8 (8)
方程(1)和(4)的等号两边分别相减，得到：
u2+2u3+u4+u6-u8＝0 (9)
若方程(9)成立，则诊断为编号1的支链出现故障，且根据方程(1) 可将u1修复成：
u1＝u3+u6-u8 (10)
若方程(7)和(9)均不成立，则诊断为编号1和3的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(4)可将u1和u3修复成：
u1＝0.5(-u2-u4+u6-u8) (11)
u3＝0.5(-u2-u4-u6+u8) (12)
S32：若6个电压协调方程中有且仅有3个方程不成立，下面以“方程(1)、 (3)和(4)同时不成立”的情况为例，给出对应的故障自诊断算法，其它5种情况的处理方法与此完全相同。
方程(1)、(3)和(4)的等号两边分别相加，得到：
2u1+2u2-u6+u8-u10+u12＝0 (13)
若方程(13)成立，则诊断为编号3和4的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(3)可将u3和u4修复成：
u3＝u1-u6+u8 (14)
u4＝u2-u10+u12 (15)
方程(1)和(3)的等号两边分别相加，并将得到的方程与方程(4)的等号两边分别相减，得到：
2u3+2u4+u6-u8+u10-u12＝0 (16)
若方程(16)成立，则诊断为编号1和2的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(3)可将u1和u2修复成：
u1＝u3+u6-u8 (17)
u2＝u4+u10-u12 (18)
方程(1)和(3)的等号两边分别相减，并将得到的方程与方程(4)的等号两边分别相加，得到：
2u1+2u4-u6+u8+u10-u12＝0 (19)
若方程(19)成立，则诊断为编号2和3的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(3)可将u2和u3修复成：
u2＝u4+u10-u12 (20)
u3＝u1-u6+u8 (21)
方程(1)和(3)的等号两边分别相减，并将得到的方程与方程(4)的等号两边分别相减，得到：
2u2+2u3+u6-u8-u10+u12＝0 (22)
若方程(22)成立，则诊断为编号1和4的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(3)可将u1和u4修复成：
u1＝u3+u6-u8 (23)
u4＝u2-u10+u12 (24)
S33：若6个电压协调方程中有且仅有4个方程不成立，下面以“方程(1)、 (2)、(4)和(5)同时不成立”的情况为例，给出对应的故障自诊断算法，其它8种情况的处理方法与此完全相同。
方程(2)和(5)的等号两边分别相加，得到：
2u5+u6+u8-u9+u11＝0 (25)
若方程(7)和(25)同时成立，则诊断为编号3和7的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(2)可将u3和u7修复成：
u3＝u1-u6+u8 (26)
u7＝u5-u9+u11 (27)
方程(2)和(5)的等号两边分别相减，得到：
u6+2u7+u8+u9-u11＝0 (28)
若方程(7)和(28)同时成立，则诊断为编号3和5的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(2)可将u3和u5修复成：
u3＝u1-u6+u8 (29)
u5＝u7+u9-u11 (30)
若方程(9)和(25)同时成立，则诊断为编号1和7的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(2)可将u1和u7修复成：
u1＝u3+u6-u8 (31)
u7＝u5-u9+u11 (32)
若方程(9)和(28)同时成立，则诊断为编号1和5的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(2)可将u1和u5修复成：
u1＝u3+u6-u8 (33)
u5＝u7+u9-u11 (34)
以上对本发明所提供的一种预紧型六维加速度传感器及其故障自诊断方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种预紧型六维加速度传感器，包括：质量块、外壳、6块副板、6根预紧柱、12根支链，其特征在于，所述质量块和12根支链均设于外壳的容置腔内，初始状态下，质量块的几何中心与外壳的几何中心重合，外壳为由6块相同正方形板装配成的空心立方体，6块板的正中心各有1个螺纹通孔，通孔被1个“U”形直沟槽包围，直沟槽的3条槽边与螺纹通孔的孔心等距离，6块副板结构相同，由3块侧板和1块底板装配而成，侧板与外壳上的“U”形直沟槽配合且侧板部分置于外壳的外部，底板置于外壳的内部且与相邻外壳面平行，12根支链分成完全相同的6组，每组2根垂直布置且共用1个球铰链；6个共用的球铰链分别固接于质量块上的通过2个对顶点的6条棱边的中心，每组支链中的2根支链方向分别垂直于质量块上与该组支链所在棱边相邻的2个平面，每组支链中的2个非共用球铰链分别固接于与所在支链方向垂直的相邻副板的底板，6根预紧柱结构相同，为纵切面呈“T”形的共轴线双圆柱体，小圆柱侧面有外螺纹，与外壳上的螺纹通孔配合，小圆柱底面与副板的底板内侧面接触，大圆柱置于外壳的外部。
2.如权利要求1所述的预紧型六维加速度传感器，其特征在于，所述12根支链结构相同，均由1组压电陶瓷和2个球铰链串联而成，压电陶瓷位于2个球铰链之间，12组压电陶瓷结构相同，均由若干圆柱状压电陶瓷片串联而成。
3.如权利要求1所述的预紧型六维加速度传感器，其特征在于，所述预紧柱上有用于限制过大预紧力的轴肩。
4.一种基于权利要求1-3任一项所述预紧型六维加速度传感器的故障自诊断方法，包括以下步骤：
S1：构建支链电压协调方程，根据6个共用球铰链之间的笛卡尔距离恒定，以及6组压电陶瓷的输出电压值ui与其所在支链变形量之间满足的正比例关系，运用并联机构运动学正解的相关理论建立关于12个通道输出电压的6个协调方程，并在六维加速度传感器实际工作时，通过虚拟仪器对此进行全程监测；
u1-u3-u6+u8＝0 (1)
u5-u7-u9+u11＝0 (2)
u2-u4-u10+u12＝0 (3)
u1+u2+u3+u4＝0 (4)
u5+u6+u7+u8＝0 (5)
u9+u10+u11+u12＝0 (6)
S2：判断支链电压协调方程是否成立，将12个通道输出的电压代入支链电压协调方程，判断方程等式是否成立；
S3：根据支链电压协调方程不成立的方程，计算支链电压的修复值；
S4：根据S3计算的支链电压修复值对支链故障进行自动修复。
5.根据权利要求4所述的预紧型六维加速度传感器的故障自诊断方法，其特征在于，所述S2的判断支链电压协调方程是否成立，包括以下步骤：
S21：若6个电压协调方程全部成立，则表明所有支链均无故障；
S22：若6个电压协调方程中有且仅有2个方程不成立，则表明可能出现的情况为6种：方程(1)和(4)同时不成立，方程(2)和(5)同时不成立，方程(3)和(4)同时不成立，方程(1)和(5)同时不成立，方程(2)和(6)同时不成立，方程(3)和(6)同时不成立；
S23：若6个电压协调方程中有且仅有3个方程不成立，则表明出现这样的情况为6种：包括方程(1)、(3)和(4)同时不成立，方程(1)、(4)和(5)同时不成立，方程(3)、(4)和(6)同时不成立，方程(1)、(2)和(5)同时不成立，方程(2)、(5)和(6)同时不成立，方程(2)、(3)和(6)同时不成立；
S24：若6个电压协调方程中有且仅有4个方程不成立，则表明出现这样的情况为9种：包括方程(1)、(2)、(4)和(5)同时不成立，方程(1)、(2)、(4)和(6)同时不成立，方程(1)、(3)、(4)和(6)同时不成立，方程(2)、(3)、(4)和(5)同时不成立，方程(1)、(3)、(4)和(5)同时不成立，方程(2)、(3)、(4)和(6)同时不成立，方程(2)、(3)、(5)和(6)同时不成立，方程(1)、(2)、(5)和(6)同时不成立，方程(1)、(3)、(5)和(6)同时不成立。
6.根据权利要求4所述的预紧型六维加速度传感器的故障自诊断方法，其特征在于，所述S3计算支链电压修复值的方法包括以下步骤：
S31：若6个电压协调方程中有且仅有2个方程不成立，且是方程(1)和(4)同时不成立时：
方程(1)和(4)的等号两边分别相加，得到：
2u1+u2+u4-u6+u8＝0 (7)
若方程(7)成立，则诊断为编号3的支链出现故障，且根据方程(1)可将u3修复成：
u3＝u1-u6+u8 (8)
方程(1)和(4)的等号两边分别相减，得到：
u2+2u3+u4+u6-u8＝0 (9)
若方程(9)成立，则诊断为编号1的支链出现故障，且根据方程(1)可将u1修复成：
u1＝u3+u6-u8 (10)
若方程(7)和(9)均不成立，则诊断为编号1和3的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(4)可将u1和u3修复成：
u1＝0.5(-u2-u4+u6-u8) (11)
u3＝0.5(-u2-u4-u6+u8) (12)
S32：若6个电压协调方程中有且仅有3个方程不成立，且是方程(1)、(3)和(4)同时不成立时：
方程(1)、(3)和(4)的等号两边分别相加，得到：
2u1+2u2-u6+u8-u10+u12＝0 (13)
若方程(13)成立，则诊断为编号3和4的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(3)可将u3和u4修复成：
u3＝u1-u6+u8 (14)
u4＝u2-u10+u12 (15)
方程(1)和(3)的等号两边分别相加，并将得到的方程与方程(4)的等号两边分别相减，得到：
2u3+2u4+u6-u8+u10-u12＝0 (16)
若方程(16)成立，则诊断为编号1和2的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(3)可将u1和u2修复成：
u1＝u3+u6-u8 (17)
u2＝u4+u10-u12 (18)
方程(1)和(3)的等号两边分别相减，并将得到的方程与方程(4)的等号两边分别相加，得到：
2u1+2u4-u6+u8+u10-u12＝0 (19)
若方程(19)成立，则诊断为编号2和3的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(3)可将u2和u3修复成：
u2＝u4+u10-u12 (20)
u3＝u1-u6+u8 (21)
方程(1)和(3)的等号两边分别相减，并将得到的方程与方程(4)的等号两边分别相减，得到：
2u2+2u3+u6-u8-u10+u12＝0 (22)
若方程(22)成立，则诊断为编号1和4的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(3)可将u1和u4修复成：
u1＝u3+u6-u8 (23)
u4＝u2-u10+u12 (24)
S33：若6个电压协调方程中有且仅有4个方程不成立，且是方程(1)、(2)、(4)和(5)同时不成立时：
方程(2)和(5)的等号两边分别相加，得到：
2u5+u6+u8-u9+u11＝0 (25)
若方程(7)和(25)同时成立，则诊断为编号3和7的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(2)可将u3和u7修复成：
u3＝u1-u6+u8 (26)
u7＝u5-u9+u11 (27)
方程(2)和(5)的等号两边分别相减，得到：
u6+2u7+u8+u9-u11＝0 (28)
若方程(7)和(28)同时成立，则诊断为编号3和5的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(2)可将u3和u5修复成：
u3＝u1-u6+u8 (29)
u5＝u7+u9-u11 (30)
若方程(9)和(25)同时成立，则诊断为编号1和7的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(2)可将u1和u7修复成：
u1＝u3+u6-u8 (31)
u7＝u5-u9+u11 (32)
若方程(9)和(28)同时成立，则诊断为编号1和5的支链均出现故障，且通过联列并求解方程(1)和(2)可将u1和u5修复成：
u1＝u3+u6-u8 (33)
u5＝u7+u9-u11 (34) 。
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