CN106338983B - 一种三余度数字伺服系统一度故障试验方法 - Google Patents

Abstract

一种三余度数字伺服系统一度故障试验方法，三余度数字伺服系统包括三余度伺服控制器和三余度伺服机构，伺服控制器控制伺服机构动作；该试验方法包括如下步骤：A)、根据伺服系统控制架构，确定全部一度失效故障模式及故障物理原因；B)、采用模拟试验方法，验证伺服系统针对每项一度失效故障容错功能的正确性；C)、如果上述每项一度失效故障容错功能正确性的验证均通过，则伺服系统一度故障容错功能合格，若任一项验证未通过，则查找故障原因，消除故障后重新验证直至每项一度失效故障容错功能正确性的验证均通过。本发明所述的故障试验方法既能全面、高效考核伺服系统余度的容错功能，又能避免产品损伤。

Description

一种三余度数字伺服系统一度故障试验方法

技术领域

本发明涉及一种航天伺服系统试验方法，特别是一种三余度数字伺服系统一度故障的试验方法。

背景技术

三余度数字伺服系统在我国新一代运载火箭上尚属首次应用，借助余度技术，伺服系统的可靠性得以极大地提高。对于三余度伺服系统而言，系统必须具备一度故障的容错能力，因此一度故障试验是产品地面试验的一项重要内容。由于余度技术的引入，系统的控制架构变得较为复杂，故障模式繁多。如何设计试验，既能全面考核伺服系统余度设计的容错功能，又不会导致产品损伤，一直缺少行之有效的办法。

发明内容

本发明的技术解决问题是：为克服上述现有技术的不足，提供一种三余度数字伺服系统一度故障试验方法。

本发明的技术解决方案是：一种三余度数字伺服系统一度故障试验方法，所述三余度数字伺服系统包括三余度伺服控制器和三余度伺服机构，所述三余度伺服控制器通过数字总线接收控制指令，控制三余度伺服机构按照控制指令进行动作；所述三余度数字伺服系统一度故障试验方法包括如下步骤：

A)、根据所述三余度数字伺服系统的控制架构，确定全部一度失效故障模式及故障物理原因；

B)、采用模拟试验的方法，验证所述三余度数字伺服系统针对每项一度失效故障容错功能的正确性；

C)、如果上述每项一度失效故障容错功能正确性的验证均通过，则所述三余度数字伺服系统一度故障容错功能合格，若有任何一项一度失效故障容错功能正确性的验证未通过，则查找故障原因，消除故障后重新验证直至每项一度失效故障容错功能正确性的验证均通过。

进一步的，所述步骤A)中，全部一度失效故障的模式及故障物理原因如下：

进一步的，在步骤A)和步骤B)之间设置步骤A1)：根据故障模式特点，对作用效果相同的故障模式进行等价合并，减少试验项目。

进一步的，变频电源通过电机供电电缆与所述三余度伺服机构连接为三余度伺服机构供电，所述三余度伺服机构包括作动器、用于控制作动器动作的三余度伺服阀以及检测并向三余度伺服控制器反馈作动器位移的三余度位移传感器，所述三余度伺服控制器包含3个子控制器，每个子控制器分别接收控制指令信号和采集三余度位移传感器的位移反馈信号，所述子控制器通过对控制指令和位移反馈进行数学运算，控制三余度伺服阀的动作，实现三余度伺服机构控制回路闭环控制。

进一步的，所述步骤B)中的模拟试验方法包括如下步骤：

1)、连接测试设备：在三余度伺服控制器和伺服机构之间通过伺服控制转接电缆连接故障模拟箱Ⅰ；所述故障模拟箱Ⅰ上设置有3个断阀线圈开关，3个断反馈开关，3个阀线圈饱和电流开关，3个反馈饱和输出开关，所述3个断阀线圈开关，3个断反馈开关，3个阀线圈饱和电流开关，3个反馈饱和输出开关均包括“通”和“断”两个位置；

2)、将3个断阀线圈开关中的断阀线圈开关Ⅰ置于“断”位置，其余2个断阀线圈开关置于“通”位置，3个断反馈开关均置于“通”位置，3个反馈饱和输出开关和3个阀线圈饱和电流开关均置于“断”位置；

3)、进行伺服控制器零输出故障模拟试验：同时给三余度伺服控制器的3个子控制器施加幅值为A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，如果采集的三余度位移传感器的位移反馈信号跟随控制指令信号动作，则表示三余度伺服机构工作正常，吸收了3个子控制器中的子控制器Ⅰ零输出故障，如果三余度伺服机构出现失控状态，则为不合格；从而完成第一路伺服控制器零输出故障模拟试验；

4)、保持3个断反馈开关均置于“通”位置，3个反馈饱和输出开关和3个阀线圈饱和电流开关均置于“断”位置；依次将断阀线圈开关Ⅱ、断阀线圈开关Ⅲ置于“断”位置，其余2个断阀线圈开关置于“通”位置，重复步骤3)，完成第二路和第三路伺服控制器零输出故障模拟试验。

进一步的，所述步骤B)中的模拟试验方法包括如下步骤：

1)、在三余度伺服控制器和伺服机构之间通过伺服控制转接电缆连接故障模拟箱Ⅰ；所述故障模拟箱Ⅰ上设置有3个断阀线圈开关，3个断反馈开关，3个阀线圈饱和电流开关，3个反馈饱和输出开关，所述3个断阀线圈开关，3个断反馈开关，3个阀线圈饱和电流开关，3个反馈饱和输出开关均包括“通”和“断”两个位置；

2)、将3个阀线圈饱和电流开关中的阀线圈饱和电流开关Ⅰ置于“通”位置，其余2个阀线圈饱和电流开关置于“断”位置，3个断阀线圈开关和3个断反馈开关均置于“通”位置，3个反馈饱和输出开关均置于“断”位置；

3)、进行伺服控制器饱和输出故障模拟试验：同时给三余度伺服控制器的3个子控制器施加幅值为A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，如果采集的三余度位移传感器的位移反馈信号跟随控制指令信号动作，则表示三余度伺服机构工作正常，吸收了3个子控制器中的子控制器Ⅰ饱和输出故障，如果三余度伺服机构出现失控状态，则为不合格；从而完成第一路伺服控制器饱和输出故障模拟试验；

4)、保持3个断阀线圈开关和3个断反馈开关均置于“通”位置，3个反馈饱和输出开关均置于“断”位置；依次将阀线圈饱和电流开关Ⅱ、阀线圈饱和电流开关Ⅲ置于“通”位置，其余2个阀线圈饱和电流开关置于“断”位置，重复步骤3)，完成第二路和第三路伺服控制器饱和输出故障模拟试验。

进一步的，所述步骤B)中的模拟试验方法包括如下步骤：

1)、连接测试设备：在三余度伺服控制器和伺服机构之间通过伺服控制转接电缆连接故障模拟箱Ⅰ；所述故障模拟箱Ⅰ上设置有3个断阀线圈开关，3个断反馈开关，3个阀线圈饱和电流开关，3个反馈饱和输出开关，所述3个断阀线圈开关，3个断反馈开关，3个阀线圈饱和电流开关，3个反馈饱和输出开关均包括“通”和“断”两个位置；

2)、将3个断反馈开关中的断反馈开关Ⅰ置于“断”位置，其余2个断反馈开关置于“通”位置，3个断阀线圈开关均置于“通”位置，3个阀线圈饱和电流开关和3个反馈饱和输出开关均置于“断”位置；

3)、进行位移传感器位移零反馈故障模拟试验：同时给三余度伺服控制器的3个子控制器施加幅值为A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，如果采集的三余度位移传感器的位移反馈信号跟随控制指令信号动作，则表示三余度伺服机构工作正常，吸收了第一路位移零反馈故障，如果三余度伺服机构出现失控状态，则为不合格；从而完成第一路位移零反馈故障模拟试验；

4)、保持3个断阀线圈开关均置于“通”位置，3个阀线圈饱和电流开关和3个反馈饱和输出开关均置于“断”位置；依次将断反馈开关Ⅱ、断反馈开关Ⅲ置于“断”位置，其余2个断反馈开关置于“通”位置，重复步骤3)，完成第二路和第三路位移零反馈故障模拟试验。

进一步的，所述步骤B)中的模拟试验方法包括如下步骤：

1)、连接测试设备：在三余度伺服控制器和伺服机构之间通过伺服控制转接电缆连接故障模拟箱Ⅰ；所述故障模拟箱Ⅰ上设置有3个断阀线圈开关，3个断反馈开关，3个阀线圈饱和电流开关，3个反馈饱和输出开关，所述3个断阀线圈开关，3个断反馈开关，3个阀线圈饱和电流开关，3个反馈饱和输出开关均包括“通”和“断”两个位置；

2)、将故障模拟箱Ⅰ的3个反馈饱和输出开关中的反馈饱和输出开关Ⅰ置于“通”位置，其余2个反馈饱和输出开关置于“断”位置，3个断阀线圈开关和3个断反馈开关均置于“通”位置，3个阀线圈饱和电流开关均置于“断”位置；

3)、进行位移传感器位移饱和反馈故障模拟试验：同时给三余度伺服控制器的3个子控制器施加幅值为A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，如果采集的三余度位移传感器的位移反馈信号跟随控制指令信号动作，则表示三余度伺服机构工作正常，吸收了第一路位移饱和反馈故障，如果三余度伺服机构出现失控状态，则为不合格；从而完成第一路位移饱和反馈故障模拟试验；

4)、保持3个断阀线圈开关和3个断反馈开关均置于“通”位置，3个阀线圈饱和电流开关均置于“断”位置；依次将反馈饱和输出开关Ⅱ、反馈饱和输出开关Ⅲ置于“通”位置，其余2个反馈饱和输出开关置于“断”位置，重复步骤3)，完成第二路和第三路位移饱和反馈故障模拟试验。

进一步的，所述步骤B)中的模拟试验方法包括如下步骤：

1)、连接测试设备：将三余度伺服控制器和三余度伺服机构通过伺服控制电缆连接；

2)、进行伺服控制器零指令输入故障模拟试验：依次给3个子控制器中的子控制器Ⅰ、子控制器Ⅱ、子控制器Ⅲ施加零信号指令，其余2个子控制器同时施加幅值为A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，如果采集的三余度位移传感器的位移反馈信号跟随控制指令信号动作，则表示三余度伺服机构工作正常，吸收了单个子伺服控制器零指令输入故障，如果三余度伺服机构出现失控状态，则为不合格；从而完成伺服控制器零指令输入故障模拟试验。

进一步的，所述步骤B)中的模拟试验方法包括如下步骤：

1)、连接测试设备：将三余度伺服控制器和三余度伺服机构通过伺服控制电缆连接；

2)、进行伺服控制器饱和指令输入故障模拟试验：依次给3个子控制器中的子控制器Ⅰ、子控制器Ⅱ、子控制器Ⅲ施加+Amax°的恒值指令，其余2个子控制器同时施加幅值为A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，如果采集的三余度位移传感器的位移反馈信号跟随控制指令信号动作，则表示三余度伺服机构工作正常，吸收了单个子伺服控制器饱和指令输入故障，如果三余度伺服机构出现失控状态，则为不合格；从而完成伺服控制器饱和指令输入故障模拟试验。

进一步的，所述步骤B)中的模拟试验方法包括如下步骤：

1)、连接测试设备：将三余度伺服控制器和三余度伺服机构通过伺服控制电缆连接；

2)、进行伺服控制器反向指令输入故障模拟试验：依次给3个子控制器中的子控制器Ⅰ、子控制器Ⅱ、子控制器Ⅲ施加-A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，其余2个子控制器同时施加幅值为A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，如果采集的三余度位移传感器的位移反馈信号跟随控制指令信号动作，则表示三余度伺服机构工作正常，吸收了单个子伺服控制器反向指令输入故障，如果三余度伺服机构出现失控状态，则为不合格，从而完成伺服控制器反向指令输入故障模拟试验。

进一步的，所述步骤B)中的模拟试验方法包括如下步骤：

1)、连接测试设备：通过控制器供电转接电缆将三余度伺服控制器和故障模拟箱Ⅱ，三余度伺服控制器和伺服机构通过伺服控制电缆连接；所述故障模拟箱Ⅱ上设置有3个供电开关，所述3个供电开关均包括“通”和“断”两个位置；

2)、将3个供电开关中的供电开关Ⅰ置于“断”位置，其余2个供电开关置于“通”位置；

3)、进行伺服控制器电源零输入故障模拟试验：同时给三余度伺服控制器的3个子控制器施加幅值为A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，如果采集的三余度位移传感器的位移反馈信号跟随控制指令信号动作，则表示三余度伺服机构工作正常，吸收了第一路伺服控制器电源零输入故障，如果三余度伺服机构出现失控状态，则为不合格，从而完成第一路伺服控制器电源零输入故障模拟试验；

4)、依次将供电开关Ⅱ、供电开关Ⅲ置于“断”位置，其余2个供电开关置于“通”位置，重复步骤3)，完成子第二路和第三路伺服控制器电源零输入故障模拟试验。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)从伺服系统控制架构出发，梳理故障模式，确定全部一度失效故障的模式及故障物理原因，做到全面而不遗漏；

(2)根据故障模式特点，进行等效合并，减少试验项目，提高试验效率；

(3)利用故障模拟箱模拟产品故障项目，避免人为外部接线操作，有效避免试验中误操作而引起产品损伤。

附图说明

图1为本发明三余度数字伺服系统一度故障试验方法的流程图；

图2为本发明三余度数字伺服系统一度故障试验方法的伺服控制系统控制回路原理图；

图3为本发明三余度数字伺服系统一度故障试验方法的伺服控制系统控制回路一度失效故障模式原理图；

图4为本发明三余度数字伺服系统一度故障试验方法的第一种模拟试验方法测试设备连接示意图；

图5为本发明三余度数字伺服系统一度故障试验方法的故障模拟箱Ⅰ的示意图；

图6为本发明三余度数字伺服系统一度故障试验方法的第二种模拟试验方法测试设备连接示意图；

图7为本发明三余度数字伺服系统一度故障试验方法的第三种模拟试验方法测试设备连接示意图；

图8为本发明三余度数字伺服系统一度故障试验方法的故障模拟箱Ⅱ的示意图。

具体实施方式

如图1-2所示，一种三余度数字伺服系统一度故障试验方法，所述三余度数字伺服系统包括三余度伺服控制器和三余度伺服机构，所述三余度伺服控制器通过数字总线接收控制指令，控制三余度伺服机构按照控制指令进行动作，所述三余度伺服机构包括作动器、用于控制作动器动作的三余度伺服阀以及检测并向三余度伺服控制器反馈作动器位移的三余度位移传感器，所述三余度伺服阀由前置级Ⅰ、前置级Ⅱ、前置级Ⅲ3个前置级和1个功率级四通滑阀组成，3个前置级通过2/3表决器驱动功率级四通滑阀动作；所述三余度位移传感器包括位移传感器Ⅰ、位移传感器Ⅱ、位移传感器Ⅲ3个位移传感器，三余度位移传感器通过2/3表决器向每个子控制器反馈作动器位移；三余度伺服控制器包含子控制器Ⅰ、子控制器Ⅱ、子控制器Ⅲ3个子控制器，每个子控制器分别接收控制指令和采集三余度位移传感器位移反馈的作动器位移信号，同时控制三余度伺服阀的一个前置级；所述三余度数字伺服系统的工作原理为：每个子控制器通过数字总线分别接收控制指令和采集三余度位移传感器位移反馈的作动器位移信号，同时控制三余度伺服阀的一个前置级，三个前置级接收来自三个子控制器的指令电流，利用前置级液压放大器的饱和特性通过2/3表决器驱动功率级四通滑阀动作，三余度位移传感器检测作动器位移并通过2/3表决器向每个子控制器反馈作动器位移，实现伺服机构控制回路闭环控制。

优选的，采用变频电源通过电机供电电缆与所述三余度伺服机构连接的方式为三余度伺服机构供电。

所述三余度数字伺服系统一度故障试验方法包括如下步骤：A)、根据所述三余度数字伺服系统的控制架构，确定全部一度失效故障的模式及故障物理原因，如下表所示：

优选的，在表1所述的故障模式中，F1与F4最终产生的故障作用均导致三余度伺服阀一路前置级无输出，F2与F5最终产生的故障作用均导致三余度伺服阀一路前置级饱和输出，所以F1与F4，F2与F5作用效果相同，可以等价合并；此外，F3可通过反馈杆的结构合理设计予以消除，因此不用单独试验，从而可将一度故障试验项目减少为8项。

B)、根据剩余的8种故障模式特点，确定相应的模拟方法以及伺服控制指令信号，如下表及图3所示。

针对上述故障模式，采用模拟试验的方法，验证所述三余度数字伺服系统针对每项一度失效故障容错功能的正确性，其中：

a.故障F4的模拟试验：

1)、连接测试设备：将测控系统分别通过用于信号传输的控制总线电缆和用于为三余度伺服控制器内电源供电的控制器供电电缆与三余度伺服控制器连接，在三余度伺服控制器和伺服机构之间通过伺服控制转接电缆Ⅰ和伺服控制转接电缆Ⅱ连接故障模拟箱Ⅰ，其中测控系统使用220V电源供电，变频电源接入380V交流电源从而为三余度伺服机构提供动力，如图4所示。所述故障模拟箱Ⅰ上设置有用于连接伺服控制转接电缆Ⅰ的插座T1，用于连接伺服控制转接电缆Ⅱ的插座T2，3个断阀线圈开关，3个断反馈开关，3个阀线圈饱和电流开关，3个反馈饱和输出开关，所述3个断阀线圈开关，3个断反馈开关，3个阀线圈饱和电流开关，3个反馈饱和输出开关均包括“通”和“断”两个位置，如图5所示。所述3个断阀线圈开关串接在插座T1与插座T2之间对应三余度伺服阀线圈高端的两接点间，可以实现每路阀线圈电路的通断工作；所述3个阀线圈饱和电流开关为位置选择开关，当开关位于“通”位置时，能使与插座T2相连的阀线圈高端与低端的接点间并入一个恒压源，从而实现对每路阀线圈施加饱和电流，同时将与插座T1与插座T2之间对应三余度伺服阀线圈高端的两接点间断开；而当开关位于“断位”置时，插座T1与插座T2之间对应三余度伺服阀线圈高端的两接点间相通，恒压源支路断开连接不起作用。反馈饱和输出开关为位置选择开关，当开关位于“通”位置时能使与插座T1相连的反馈高端与反馈地接点间并入一个恒压源，从而将一路反馈输出保持为恒值，同时将与插座T1与插座T2间对应反馈高端的两接点间断开；而当开关位于断位置时，则插座T1与插座T2间对应线位移高端的两接点间相通，恒压源支路断开连接不起作用。

2)、将3个断阀线圈开关中的断阀线圈开关Ⅰ置于“断”位置，其余2个断阀线圈开关置于“通”位置，3个断反馈开关均置于“通”位置，3个反馈饱和输出开关和3个阀线圈饱和电流开关均置于“断”位置。

3)、进行伺服控制器零输出故障模拟试验：启动测控系统和中频电源，三余度伺服机构工作，测控系统给三余度伺服控制器的3个子控制器施加幅值为A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，如果测控系统采集的三余度位移传感器的位移反馈信号跟随控制指令信号动作，则表示三余度伺服机构工作正常，吸收了3个子控制器中的子控制器Ⅰ零输出故障，如果三余度伺服机构出现失控状态，则为不合格，从而完成第一路伺服控制器零输出故障模拟试验。

4)、保持3个断反馈开关均置于“通”位置，3个反馈饱和输出开关和3个阀线圈饱和电流开关均置于“断”位置；依次将断阀线圈开关Ⅱ、断阀线圈开关Ⅲ置于“断”位置，其余2个断阀线圈开关置于“通”位置，重复步骤3)，完成第二路和第三路伺服控制器零输出故障模拟试验。

b.故障F5的模拟试验：

1)、连接测试设备：将测控系统、三余度伺服控制器、三余度伺服机构、故障模拟箱Ⅰ连接，连接方式与故障F4的模拟试验的设备连接方式相同，如图4所示。

2)、将3个阀线圈饱和电流开关中的阀线圈饱和电流开关Ⅰ置于“通”位置，其余2个阀线圈饱和电流开关置于“断”位置，3个断阀线圈开关和3个断反馈开关均置于“通”位置，3个反馈饱和输出开关均置于“断”位置。

3)、进行伺服控制器饱和输出故障模拟试验：启动测控系统和中频电源，三余度伺服机构工作，测控系统给三余度伺服控制器的3个子控制器施加幅值为A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，如果测控系统采集的三余度位移传感器的位移反馈信号跟随控制指令信号动作，则表示三余度伺服机构工作正常，吸收了3个子控制器中的子控制器Ⅰ饱和输出故障，如果三余度伺服机构出现失控状态，则为不合格，从而完成第一路伺服控制器饱和输出故障模拟试验。

4)、保持3个断阀线圈开关和3个断反馈开关均置于“通”位置，3个反馈饱和输出开关均置于“断”位置；依次将阀线圈饱和电流开关Ⅱ、阀线圈饱和电流开关Ⅲ置于“通”位置，其余2个阀线圈饱和电流开关置于“断”位置，重复步骤3)，完成第二路和第三路伺服控制器饱和输出故障模拟试验。

c.故障F6的模拟试验：

1)、连接测试设备：将测控系统、三余度伺服控制器、三余度伺服机构、故障模拟箱Ⅰ连接，连接方式与故障F4的模拟试验的设备连接方式相同，如图4所示。

2)、将3个断反馈开关中的断反馈开关Ⅰ置于“断”位置，其余2个断反馈开关置于“通”位置，3个断阀线圈开关均置于“通”位置，3个阀线圈饱和电流开关和3个反馈饱和输出开关均置于“断”位置；

3)、进行位移传感器位移零反馈故障模拟试验：启动测控系统和中频电源，三余度伺服机构工作，测控系统给三余度伺服控制器的3个子控制器施加幅值为A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，如果测控系统采集的三余度位移传感器的位移反馈信号跟随控制指令信号动作，则表示三余度伺服机构工作正常，吸收了第一路位移零反馈故障，如果三余度伺服机构出现失控状态，则为不合格，从而完成第一路位移零反馈故障模拟试验。

4)、保持3个断阀线圈开关均置于“通”位置，3个阀线圈饱和电流开关和3个反馈饱和输出开关均置于“断”位置；依次将断反馈开关Ⅱ、断反馈开关Ⅲ置于“断”位置，其余2个断反馈开关置于“通”位置，重复步骤3)，完成第二路和第三路位移零反馈故障模拟试验。

d.故障F7的模拟试验：

1)、连接测试设备：将测控系统、三余度伺服控制器、三余度伺服机构、故障模拟箱Ⅰ连接，连接方式与故障F4的模拟试验的设备连接方式相同，如图4所示。

2)、将故障模拟箱Ⅰ的3个反馈饱和输出开关中的反馈饱和输出开关Ⅰ置于“通”位置，其余2个反馈饱和输出开关置于“断”位置，3个断阀线圈开关和3个断反馈开关均置于“通”位置，3个阀线圈饱和电流开关均置于“断”位置。

3)、进行位移传感器位移饱和反馈故障模拟试验：启动测控系统和中频电源，三余度伺服机构工作，测控系统给三余度伺服控制器的3个子控制器施加幅值为A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，如果测控系统采集的三余度位移传感器的位移反馈信号跟随控制指令信号动作，则表示三余度伺服机构工作正常，吸收了第一路位移饱和反馈故障，如果三余度伺服机构出现失控状态，则为不合格，从而完成第一路位移饱和反馈故障模拟试验。

4)、保持3个断阀线圈开关和3个断反馈开关均置于“通”位置，3个阀线圈饱和电流开关均置于“断”位置；依次将反馈饱和输出开关Ⅱ、反馈饱和输出开关Ⅲ置于“通”位置，其余2个反馈饱和输出开关关置于“断”位置，重复步骤3)，完成第二路和第三路位移饱和反馈故障模拟试验。

e.故障F8的模拟试验：

1)、连接测试设备：将测控系统分别通过用于信号传输的控制总线电缆和用于为三余度伺服控制器内电源供电的控制器供电电缆与三余度伺服控制器连接；三余度伺服控制器和三余度伺服机构通过伺服控制电缆连接；其中测控系统使用220V电源供电，变频电源接入380V交流电源从而为三余度伺服机构提供动力，如图6所示。

2)、进行伺服控制器零指令输入故障模拟试验：启动测控系统和中频电源，三余度伺服机构工作，测控系统依次给3个子控制器中的子控制器Ⅰ、子控制器Ⅱ、子控制器Ⅲ施加零信号指令，其余2个子控制器同时施加幅值为A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，如果测控系统采集的三余度位移传感器的位移反馈信号跟随控制指令信号动作，则表示三余度伺服机构工作正常，吸收了单个子伺服控制器零指令输入故障，如果三余度伺服机构出现失控状态，则为不合格，从而完成伺服控制器零指令输入故障模拟试验。

f.故障F9的模拟试验：

1)、连接测试设备：将测控系统、三余度伺服控制器、三余度伺服机构连接，连接方式与故障F8的模拟试验的设备连接方式相同，如图6所示。

2)、进行伺服控制器饱和指令输入故障模拟试验：启动测控系统和中频电源，三余度伺服机构工作，测控系统依次给3个子控制器中的子控制器Ⅰ、子控制器Ⅱ、子控制器Ⅲ施加+Amax°的恒值指令，其余2个子控制器同时施加幅值为A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，如果测控系统采集的三余度位移传感器的位移反馈信号跟随控制指令信号动作，则表示三余度伺服机构工作正常，吸收了单个子伺服控制器饱和指令输入故障，如果三余度伺服机构出现失控状态，则为不合格，从而完成伺服控制器饱和指令输入故障模拟试验。

g.故障F10的模拟试验：

1)、连接测试设备：将测控系统、三余度伺服控制器、三余度伺服机构连接，连接方式与故障F8的模拟试验的设备连接方式相同，如图6所示。

2)、进行伺服控制器反向指令输入故障模拟试验：启动测控系统和中频电源，三余度伺服机构工作，测控系统依次给3个子控制器中的子控制器Ⅰ、子控制器Ⅱ、子控制器Ⅲ施加-A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，其余2个子控制器同时施加幅值为A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，如果测控系统采集的三余度位移传感器的位移反馈信号跟随控制指令信号动作，则表示三余度伺服机构工作正常，吸收了单个子伺服控制器反向指令输入故障，如果三余度伺服机构出现失控状态，则为不合格，从而完成伺服控制器反向指令输入故障模拟试验。

h.故障F11的模拟试验：

1)、连接测试设备：将测控系统通过用于信号传输的控制总线电缆与三余度伺服控制器连接；在测控系统和三余度伺服控制器之间通过控制器供电转接电缆Ⅰ和控制器供电转接电缆Ⅱ连接故障模拟箱Ⅱ，三余度伺服控制器和三余度伺服机构通过伺服控制电缆连接；测控系统使用220V电源供电，变频电源接入380V交流电源从而为三余度伺服机构提供动力，如图7所示。所述故障模拟箱Ⅱ上设置有用于连接控制器供电转接电缆Ⅰ的插座T3，用于连接控制器供电转接电缆Ⅱ的插座T4和3个供电开关，所述3个供电开关均包括“通”和“断”两个位置，如图7所示；所述3个供电开关串接在插座T3与插座T4之间对应控制器电源高端的两接点间，可以实现每路伺服控制器电源供电的通断工作。

2)、将3个供电开关中的供电开关Ⅰ置于“断”位置，其余2个供电开关置于“通”位置。

3)、进行伺服控制器电源零输入故障模拟试验：启动测控系统和中频电源，三余度伺服机构工作，测控系统同时给三余度伺服控制器的3个子控制器施加幅值为A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，如果测控系统采集的三余度位移传感器的位移反馈信号跟随控制指令信号动作，则表示三余度伺服机构工作正常，吸收了第一路伺服控制器电源零输入故障，如果三余度伺服机构出现失控状态，则为不合格，从而完成第一路伺服控制器电源零输入故障模拟试验。

4)、依次将供电开关Ⅱ、供电开关Ⅲ置于“断”位置，其余2个供电开关置于“通”位置，重复步骤3)，完成子第二路和第三路伺服控制器电源零输入故障模拟试验。

C)、如果上述每项一度失效故障容错功能正确性的验证均通过，则所述三余度数字伺服系统一度故障容错功能合格，若有任何一项一度失效故障容错功能正确性的验证未通过，则查找故障原因，消除故障后重新验证直至每项一度失效故障容错功能正确性的验证均通过。

本发明说明书中未详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种三余度数字伺服系统一度故障试验方法，其特征在于，所述三余度数字伺服系统包括三余度伺服控制器和三余度伺服机构，所述三余度伺服控制器通过数字总线接收控制指令，控制三余度伺服机构按照控制指令进行动作；所述三余度数字伺服系统一度故障试验方法包括如下步骤：

A)、根据所述三余度数字伺服系统的控制架构，确定全部一度失效故障模式及故障物理原因；

B)、采用模拟试验的方法，验证所述三余度数字伺服系统针对每项一度失效故障容错功能的正确性；

C)、如果上述每项一度失效故障容错功能正确性的验证均通过，则所述三余度数字伺服系统一度故障容错功能合格，若有任何一项一度失效故障容错功能正确性的验证未通过，则查找故障原因，消除故障后重新验证直至每项一度失效故障容错功能正确性的验证均通过；

变频电源通过电机供电电缆与所述三余度伺服机构连接为三余度伺服机构供电，所述三余度伺服机构包括作动器、用于控制作动器动作的三余度伺服阀以及检测并向三余度伺服控制器反馈作动器位移的三余度位移传感器，所述三余度伺服控制器包含3个子控制器，每个子控制器分别接收控制指令信号和采集三余度位移传感器的位移反馈信号，所述子控制器通过对控制指令和位移反馈进行数学运算，控制三余度伺服阀的动作，实现三余度伺服机构控制回路闭环控制；

所述步骤B)中的模拟试验方法包括如下步骤：

1)、连接测试设备：在三余度伺服控制器和伺服机构之间通过伺服控制转接电缆连接故障模拟箱Ⅰ；所述故障模拟箱Ⅰ上设置有3个断阀线圈开关，3个断反馈开关，3个阀线圈饱和电流开关，3个反馈饱和输出开关，所述3个断阀线圈开关，3个断反馈开关，3个阀线圈饱和电流开关，3个反馈饱和输出开关均包括“通”和“断”两个位置；

2)、将3个断阀线圈开关中的断阀线圈开关Ⅰ置于“断”位置，其余2个断阀线圈开关置于“通”位置，3个断反馈开关均置于“通”位置，3个反馈饱和输出开关和3个阀线圈饱和电流开关均置于“断”位置；

3)、进行伺服控制器零输出故障模拟试验：同时给三余度伺服控制器的3个子控制器施加幅值为A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，如果采集的三余度位移传感器的位移反馈信号跟随控制指令信号动作，则表示三余度伺服机构工作正常，吸收了3个子控制器中的子控制器Ⅰ零输出故障，如果三余度伺服机构出现失控状态，则为不合格；从而完成第一路伺服控制器零输出故障模拟试验；

4)、保持3个断反馈开关均置于“通”位置，3个反馈饱和输出开关和3个阀线圈饱和电流开关均置于“断”位置；依次将断阀线圈开关Ⅱ、断阀线圈开关Ⅲ置于“断”位置，其余2个断阀线圈开关置于“通”位置，重复步骤3)，完成第二路和第三路伺服控制器零输出故障模拟试验。

2.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于：所述步骤A)中，全部一度失效故障的模式及故障物理原因如下：

3.根据权利要求2所述的试验方法，其特征在于：在步骤A)和步骤B)之间设置步骤A1)：根据故障模式特点，对作用效果相同的故障模式进行等价合并，减少试验项目。

4.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于：所述步骤B)中的模拟试验方法包括如下步骤：

1)、在三余度伺服控制器和伺服机构之间通过伺服控制转接电缆连接故障模拟箱Ⅰ；所述故障模拟箱Ⅰ上设置有3个断阀线圈开关，3个断反馈开关，3个阀线圈饱和电流开关，3个反馈饱和输出开关，所述3个断阀线圈开关，3个断反馈开关，3个阀线圈饱和电流开关，3个反馈饱和输出开关均包括“通”和“断”两个位置；

2)、将3个阀线圈饱和电流开关中的阀线圈饱和电流开关Ⅰ置于“通”位置，其余2个阀线圈饱和电流开关置于“断”位置，3个断阀线圈开关和3个断反馈开关均置于“通”位置，3个反馈饱和输出开关均置于“断”位置；

3)、进行伺服控制器饱和输出故障模拟试验：同时给三余度伺服控制器的3个子控制器施加幅值为A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，如果采集的三余度位移传感器的位移反馈信号跟随控制指令信号动作，则表示三余度伺服机构工作正常，吸收了3个子控制器中的子控制器Ⅰ饱和输出故障，如果三余度伺服机构出现失控状态，则为不合格；从而完成第一路伺服控制器饱和输出故障模拟试验；

4)、保持3个断阀线圈开关和3个断反馈开关均置于“通”位置，3个反馈饱和输出开关均置于“断”位置；依次将阀线圈饱和电流开关Ⅱ、阀线圈饱和电流开关Ⅲ置于“通”位置，其余2个阀线圈饱和电流开关置于“断”位置，重复步骤3)，完成第二路和第三路伺服控制器饱和输出故障模拟试验。

5.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于：所述步骤B)中的模拟试验方法包括如下步骤：

1)、连接测试设备：在三余度伺服控制器和伺服机构之间通过伺服控制转接电缆连接故障模拟箱Ⅰ；所述故障模拟箱Ⅰ上设置有3个断阀线圈开关，3个断反馈开关，3个阀线圈饱和电流开关，3个反馈饱和输出开关，所述3个断阀线圈开关，3个断反馈开关，3个阀线圈饱和电流开关，3个反馈饱和输出开关均包括“通”和“断”两个位置；

2)、将3个断反馈开关中的断反馈开关Ⅰ置于“断”位置，其余2个断反馈开关置于“通”位置，3个断阀线圈开关均置于“通”位置，3个阀线圈饱和电流开关和3个反馈饱和输出开关均置于“断”位置；

3)、进行位移传感器位移零反馈故障模拟试验：同时给三余度伺服控制器的3个子控制器施加幅值为A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，如果采集的三余度位移传感器的位移反馈信号跟随控制指令信号动作，则表示三余度伺服机构工作正常，吸收了第一路位移零反馈故障，如果三余度伺服机构出现失控状态，则为不合格；从而完成第一路位移零反馈故障模拟试验；

4)、保持3个断阀线圈开关均置于“通”位置，3个阀线圈饱和电流开关和3个反馈饱和输出开关均置于“断”位置；依次将断反馈开关Ⅱ、断反馈开关Ⅲ置于“断”位置，其余2个断反馈开关置于“通”位置，重复步骤3)，完成第二路和第三路位移零反馈故障模拟试验。

6.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于：所述步骤B)中的模拟试验方法包括如下步骤：

1)、连接测试设备：在三余度伺服控制器和伺服机构之间通过伺服控制转接电缆连接故障模拟箱Ⅰ；所述故障模拟箱Ⅰ上设置有3个断阀线圈开关，3个断反馈开关，3个阀线圈饱和电流开关，3个反馈饱和输出开关，所述3个断阀线圈开关，3个断反馈开关，3个阀线圈饱和电流开关，3个反馈饱和输出开关均包括“通”和“断”两个位置；

2)、将故障模拟箱Ⅰ的3个反馈饱和输出开关中的反馈饱和输出开关Ⅰ置于“通”位置，其余2个反馈饱和输出开关置于“断”位置，3个断阀线圈开关和3个断反馈开关均置于“通”位置，3个阀线圈饱和电流开关均置于“断”位置；

3)、进行位移传感器位移饱和反馈故障模拟试验：同时给三余度伺服控制器的3个子控制器施加幅值为A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，如果采集的三余度位移传感器的位移反馈信号跟随控制指令信号动作，则表示三余度伺服机构工作正常，吸收了第一路位移饱和反馈故障，如果三余度伺服机构出现失控状态，则为不合格；从而完成第一路位移饱和反馈故障模拟试验；

4)、保持3个断阀线圈开关和3个断反馈开关均置于“通”位置，3个阀线圈饱和电流开关均置于“断”位置；依次将反馈饱和输出开关Ⅱ、反馈饱和输出开关Ⅲ置于“通”位置，其余2个反馈饱和输出开关置于“断”位置，重复步骤3)，完成第二路和第三路位移饱和反馈故障模拟试验。

7.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于：所述步骤B)中的模拟试验方法包括如下步骤：

1)、连接测试设备：将三余度伺服控制器和三余度伺服机构通过伺服控制电缆连接；

2)、进行伺服控制器零指令输入故障模拟试验：依次给3个子控制器中的子控制器Ⅰ、子控制器Ⅱ、子控制器Ⅲ施加零信号指令，其余2个子控制器同时施加幅值为A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，如果采集的三余度位移传感器的位移反馈信号跟随控制指令信号动作，则表示三余度伺服机构工作正常，吸收了单个子伺服控制器零指令输入故障，如果三余度伺服机构出现失控状态，则为不合格；从而完成伺服控制器零指令输入故障模拟试验。

8.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于：所述步骤B)中的模拟试验方法包括如下步骤：

1)、连接测试设备：将三余度伺服控制器和三余度伺服机构通过伺服控制电缆连接；

2)、进行伺服控制器饱和指令输入故障模拟试验：依次给3个子控制器中的子控制器Ⅰ、子控制器Ⅱ、子控制器Ⅲ施加+Amax°的恒值指令，其余2个子控制器同时施加幅值为A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，如果采集的三余度位移传感器的位移反馈信号跟随控制指令信号动作，则表示三余度伺服机构工作正常，吸收了单个子伺服控制器饱和指令输入故障，如果三余度伺服机构出现失控状态，则为不合格；从而完成伺服控制器饱和指令输入故障模拟试验。

9.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于：所述步骤B)中的模拟试验方法包括如下步骤：

1)、连接测试设备：将三余度伺服控制器和三余度伺服机构通过伺服控制电缆连接；

2)、进行伺服控制器反向指令输入故障模拟试验：依次给3个子控制器中的子控制器Ⅰ、子控制器Ⅱ、子控制器Ⅲ施加-A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，其余2个子控制器同时施加幅值为A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，如果采集的三余度位移传感器的位移反馈信号跟随控制指令信号动作，则表示三余度伺服机构工作正常，吸收了单个子伺服控制器反向指令输入故障，如果三余度伺服机构出现失控状态，则为不合格，从而完成伺服控制器反向指令输入故障模拟试验。

10.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于：所述步骤B)中的模拟试验方法包括如下步骤：

1)、连接测试设备：通过控制器供电转接电缆将三余度伺服控制器和故障模拟箱Ⅱ，三余度伺服控制器和伺服机构通过伺服控制电缆连接；所述故障模拟箱Ⅱ上设置有3个供电开关，所述3个供电开关均包括“通”和“断”两个位置；

2)、将3个供电开关中的供电开关Ⅰ置于“断”位置，其余2个供电开关置于“通”位置；

3)、进行伺服控制器电源零输入故障模拟试验：同时给三余度伺服控制器的3个子控制器施加幅值为A°、频率为0.1Hz、时长为15s的正弦控制指令，如果采集的三余度位移传感器的位移反馈信号跟随控制指令信号动作，则表示三余度伺服机构工作正常，吸收了第一路伺服控制器电源零输入故障，如果三余度伺服机构出现失控状态，则为不合格，从而完成第一路伺服控制器电源零输入故障模拟试验；

4)、依次将供电开关Ⅱ、供电开关Ⅲ置于“断”位置，其余2个供电开关置于“通”位置，重复步骤3)，完成子第二路和第三路伺服控制器电源零输入故障模拟试验。