CN103064408A - 一种飞机舵机伺服系统故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空飞行控制领域，涉及对飞机舵机伺服系统故障检测方法的改进。本发明检测的步骤如下：建立伺服系统的模型；将公式[1]离散化；判断伺服回路是否正常工作。本发明提出了一种由舵机伺服系统控制器检测舵机伺服系统故障的检测方法，省略了原有的故障检测模块，大大简化了硬件电路，减小了体积和重量，降低了制造和维护成本。

Description

一种飞机舵机伺服系统故障检测方法

技术领域

本发明属于航空飞行控制领域，涉及对飞机舵机伺服系统故障检测方法的改进。

背景技术

目前的一种飞机舵机伺服系统的结构原理框图参见图1，它由第一减法器、位置调节器、第二减法器、速度调节器、第三减法器、驱动回路、电机、减速器、离合器、舵面、电流反馈传感器、速度反馈传感器、位置反馈传感器和故障检测模块组成。第一减法器的第一输入端与舵机伺服系统控制器的位置指令信号输出端连接，第一减法器的第二输入端与安装在舵面上的位置反馈传感器的舵面位置信号输出端连接，第一减法器的输出端与位置调节器的信号输入端连接，位置调节器的信号输出端与第二减法器的第一输入端连接，向第二减法器的第一输入端输入速度指令信号，第二减法器的第二输入端与安装在电机输出端的速度反馈传感器的速度信号输出端连接，第二减法器的输出端与速度调节器的信号输入端连接，速度调节器的信号输出端与第三减法器的第一输入端连接，向第三减法器的第一输入端输入电流指令信号，第三减法器的第二输入端与安装在电机上的电流反馈传感器的电流信号输出端连接，第三减法器的输出端与驱动回路的输入端连接，驱动回路的输出端与电机的输入端连接，电机的输出轴通过减速器和离合器控制舵面偏转。由故障检测模块进行舵机伺服系统的故障检测。其故障检测工作原理是：位置调节器信号、位置反馈传感器的舵面位置信号经滤波电路、光耦隔离电路处理后输入至故障检测模块中；速度调节器信号和速度反馈传感器的速度信号经滤波电路、解调电路由交流信号转换为直流信号，再经光耦隔离电路输入至故障检测模块。在故障检测模块中，处理后的位置调节器信号、位置反馈传感器的舵面位置信号分别输入减法器的第一、第二输入端，若信号差值大于门限值则判断为故障。速度调节器信号和速度反馈传感器的速度信号的检测方式相同。其缺点是：第一、故障检测模块由硬件构成，结构复杂，体积和重量大，成本高。第二、当舵机伺服系统中的电机的物理特性发生变化时，需要更改故障检测模块，增加了维护成本。

发明内容

本发明的目的是：提出一种由舵机伺服系统控制器检测舵机伺服系统故障的检测方法，以简化硬件电路，减小体积和重量，降低制造和维护成本。

本发明的技术方案是：一种飞机舵机伺服系统故障检测方法，基于飞机的舵机伺服系统，该舵机伺服系统由第一减法器、位置调节器、第二减法器、速度调节器、第三减法器、驱动回路、电机、减速器、离合器、舵面、电流反馈传感器、速度反馈传感器和位置反馈传感器组成；第一减法器的第一输入端与舵机伺服系统控制器的位置指令信号输出端连接，第一减法器的第二输入端与安装在舵面上的位置反馈传感器的舵面位置信号输出端连接，第一减法器的输出端与位置调节器的信号输入端连接，位置调节器的信号输出端与第二减法器的第一输入端连接，向第二减法器的第一输入端输入速度指令信号，第二减法器的第二输入端与安装在电机输出端的速度反馈传感器的速度信号输出端连接，第二减法器的输出端与速度调节器的信号输入端连接，速度调节器的信号输出端与第三减法器的第一输入端连接，向第三减法器的第一输入端输入电流指令信号，第三减法器的第二输入端与安装在电机上的电流反馈传感器的电流信号输出端连接，第三减法器的输出端与驱动回路的输入端连接，驱动回路的输出端与电机的输入端连接，电机的输出轴通过减速器和离合器控制舵面偏转；其特征在于：由飞机舵机伺服系统控制器对舵机伺服系统的故障进行检测，检测的步骤如下：

1、建立伺服系统的模型：将舵机伺服系统等效为下述数学模型：

$Y\left(s\right)\frac{1}{1+\mathrm{\τs}}X\left(s\right)---\[1\]$

式中：

Y(s)为模型计算的位置反馈

X(s)为位置指令

τ=θ/ω,ω为电机的转速,θ为作动器活塞的最大行程；

s为S域；

2、将公式[1]离散化，得到离散化的传递函数：

$\frac{Y\left(z\right)}{X\left(z\right)}=\frac{\mathrm{t\ω}}{(1-z^{-1})\mathrm{\θ}}---\left[2\right]$

式中：

Y(z)为当前拍模型计算的位置反馈;

X(z)为当前拍位置指令;

z为Z域；

t为任务周期；

3、判断伺服回路是否正常工作：根据下式判断伺服回路是否正常工作，

Y(z)-Y1(z)>ε………………………………………………………[3]

式中：

Y1(z)为当前伺服回路的实际位置反馈；

ε为模型监控的阈值门限，ε的取值为0.1mm；

3.1、若当前拍中公式[3]成立，判断为一次瞬时故障，将舵机伺服系统控制器故障计数器的值Q加“1”，若当前拍中公式[3]不成立，将舵机伺服系统控制器故障计数器的值Q减“1”；

3.2、判断是否出现永久故障：若Q>T，则判定舵机伺服系统为永久故障，发出舵机伺服系统故障信号。

本发明的优点是：提出了一种由舵机伺服系统控制器检测舵机伺服系统故障的检测方法，省略了原有的故障检测模块，大大简化了硬件电路，减小了体积和重量，降低了制造和维护成本。

附图说明

图1是目前的一种飞机舵机伺服系统的结构原理框图。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。一种飞机舵机伺服系统故障检测方法，基于飞机的舵机伺服系统，该舵机伺服系统由第一减法器、位置调节器、第二减法器、速度调节器、第三减法器、驱动回路、电机、减速器、离合器、舵面、电流反馈传感器、速度反馈传感器和位置反馈传感器组成；第一减法器的第一输入端与舵机伺服系统控制器的位置指令信号输出端连接，第一减法器的第二输入端与安装在舵面上的位置反馈传感器的舵面位置信号输出端连接，第一减法器的输出端与位置调节器的信号输入端连接，位置调节器的信号输出端与第二减法器的第一输入端连接，向第二减法器的第一输入端输入速度指令信号，第二减法器的第二输入端与安装在电机输出端的速度反馈传感器的速度信号输出端连接，第二减法器的输出端与速度调节器的信号输入端连接，速度调节器的信号输出端与第三减法器的第一输入端连接，向第三减法器的第一输入端输入电流指令信号，第三减法器的第二输入端与安装在电机上的电流反馈传感器的电流信号输出端连接，第三减法器的输出端与驱动回路的输入端连接，驱动回路的输出端与电机的输入端连接，电机的输出轴通过减速器和离合器控制舵面偏转；其特征在于：由飞机舵机伺服系统控制器对舵机伺服系统的故障进行检测，检测的步骤如下：

1、建立伺服系统的模型：将舵机伺服系统等效为下述数学模型：

$Y\left(s\right)=\frac{1}{1+\mathrm{\τs}}X\left(s\right)---\left[1\right]$

式中：

Y(s)为模型计算的位置反馈

X(s)为位置指令

τ=θ/ω,ω为电机的转速,θ为作动器活塞的最大行程；

s为S域；

2、将公式[1]离散化，得到离散化的传递函数：

$\frac{Y\left(z\right)}{X\left(z\right)}=\frac{\mathrm{t\ω}}{(1-z^{-1})\mathrm{\θ}}---\left[2\right]$

式中：

Y(z)为当前拍模型计算的位置反馈;

X(z)为当前拍位置指令;

z为Z域；

t为任务周期；

3、判断伺服回路是否正常工作：根据下式判断伺服回路是否正常工作，

Y(z)-Y1(z)>ε………………………………………………………[3]

式中：

Y1(z)为当前伺服回路的实际位置反馈；

ε为模型监控的阈值门限，ε的取值为0.1mm；

3.1、若当前拍中公式[3]成立，判断为一次瞬时故障，将舵机伺服系统控制器故障计数器的值Q加“1”，若当前拍中公式[3]不成立，将舵机伺服系统控制器故障计数器的值Q减“1”；

3.2、判断是否出现永久故障：若Q>T，则判定舵机伺服系统为永久故障，发出舵机伺服系统故障信号。

实施例，某伺服系统当前拍位置指令X(z)为0.25mm，任务周期t为5ms，电机的转速ω2400，作动器活塞的最大行程θ为60mm，经计算得到的当前拍模型计算的位置反馈Y(z)为0.2mm，若采集到的当前伺服回路的实际位置反馈Y1(z)为0.25mm±0.1mm内，则判定为正常，反之则故障。

Claims (1)

1.一种飞机舵机伺服系统故障检测方法，基于飞机的舵机伺服系统，该舵机伺服系统由第一减法器、位置调节器、第二减法器、速度调节器、第三减法器、驱动回路、电机、减速器、离合器、舵面、电流反馈传感器、速度反馈传感器和位置反馈传感器组成；第一减法器的第一输入端与舵机伺服系统控制器的位置指令信号输出端连接，第一减法器的第二输入端与安装在舵面上的位置反馈传感器的舵面位置信号输出端连接，第一减法器的输出端与位置调节器的信号输入端连接，位置调节器的信号输出端与第二减法器的第一输入端连接，向第二减法器的第一输入端输入速度指令信号，第二减法器的第二输入端与安装在电机输出端的速度反馈传感器的速度信号输出端连接，第二减法器的输出端与速度调节器的信号输入端连接，速度调节器的信号输出端与第三减法器的第一输入端连接，向第三减法器的第一输入端输入电流指令信号，第三减法器的第二输入端与安装在电机上的电流反馈传感器的电流信号输出端连接，第三减法器的输出端与驱动回路的输入端连接，驱动回路的输出端与电机的输入端连接，电机的输出轴通过减速器和离合器控制舵面偏转；其特征在于：由飞机舵机伺服系统控制器对舵机伺服系统的故障进行检测，检测的步骤如下：

1.1、建立伺服系统的模型：将舵机伺服系统等效为下述数学模型：

$Y\left(s\right)\frac{1}{1+\mathrm{\τs}}X\left(s\right)---\[1\]$

式中：

Y(s)为模型计算出的位置反馈；

X(s)为位置指令；

τ=θ/ω,ω为电机的转速,θ为作动器活塞的最大行程；

s为S域；

1.2、将公式[1]离散化，得到离散化的传递函数：

$\frac{Y\left(z\right)}{X\left(z\right)}=\frac{\mathrm{t\ω}}{(1-z^{-1})\mathrm{\θ}}---\left[2\right]$

式中：

Y(z)为当前拍模型计算的位置反馈;

X(z)为当前拍位置指令;

z为Z域；

t为任务周期；

1.3、判断伺服回路是否正常工作：根据下式判断伺服回路是否正常工作，

Y(z)-Y1(z)>ε………………………………………………………[3]

式中：

Y1(z)为当前伺服回路的实际位置反馈；

ε为模型监控的阈值门限，ε的取值为0.1mm；

1.3.1、若当前拍中公式[3]成立，判断为一次瞬时故障，将舵机伺服系统控制器故障计数器的值Q加“1”，若当前拍中公式[3]不成立，将舵机伺服系统控制器故障计数器的值Q减“1”；

1.3.2、判断是否出现永久故障：若Q>T，则判定舵机伺服系统为永久故障，发出舵机伺服系统故障信号。

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