CN107908171A - 一种双余度电反馈伺服作动器故障诊断和余度算法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于伺服系统轻质数字化技术领域，具体涉及一种双余度电反馈伺服作动器故障诊断和余度算法，包括：步骤一：控制器发送指令；步骤二：指令通过伺服系统的校正网络，送达执行机构伺服作动器；步骤三：伺服作动器的位移通过内置式双冗余线位移传感器进行采集，得到两路线位移信号；步骤四：控制器内部根据数学模型，生成基于指令的一路虚拟信号；步骤五：对线位移传感器输出的两路位移测量信号和一路虚拟信号进行“多数表决”；步骤六：表决结果反馈给控制器，与指令进行比较。本发明实现了双余度电反馈伺服作动器的故障诊断和余度管理，确保及时发现并精确定位故障，对故障位移通道进行动态诊断和切换，可有效剔除一度故障模式。

Description

一种双余度电反馈伺服作动器故障诊断和余度算法
技术领域
本发明属于伺服系统轻质数字化技术领域，具体涉及一种双余度电反馈伺服作动器故障诊断和余度算法。
背景技术
伺服系统作为航天飞行控制系统中关键的控制执行分系统，其工作可靠性直接影响箭/弹体飞行稳定性和飞行成败。
随着研制目标的不断提升和伺服系统轻质数字化发展，总体对伺服系统的空间结构、控制精度和可靠性指标提出了更加严格的要求，尤其得益于电子技术的迅猛发展，极大促进了电反馈数字式伺服系统的发展。相对传统机械反馈式作动器，产品设计时对电气系统的可靠性提出了更高的要求，尤其是参与反馈和闭环控制内的电气信号。但由于受到结构空间的限制，在某些伺服作动器设计时，其内部结构空间仅能实现位移传感器的双冗余设计，无法实现硬件三路冗余，因此在传统的硬件“多数表决”方法不再适用；伺服系统及其负载中又含有比较严重的非线性因素，也很难对其实现精确建模，同时受到伺服系统在线运算能力制约，实现更为复杂的解析冗余来进行故障诊断及余度也存在一定困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双余度电反馈伺服作动器故障诊断和余度算法，解决了现有技术中伺服系统及其负载中含有比较严重的非线性因素，难对其实现精确建模的技术问题。
本发明的技术方案是：
一种双余流程度电反馈伺服作动器故障诊断和余度算法，包括：
步骤一：控制器发送指令；
步骤二：指令通过伺服系统的校正网络，送达执行机构伺服作动器；
步骤三：伺服作动器的位移通过内置式双冗余线位移传感器进行采集，得
到两路线位移信号；
步骤四：控制器内部根据数学模型，生成基于指令的一路虚拟信号；
步骤五：对线位移传感器输出的两路位移测量信号和一路虚拟信号进行“多
数表决”；
步骤六：表决结果反馈给控制器，与指令进行比较。
所述步骤一，控制器发送指令，包括：经伺服系统的校正网络调整，调整系统的动、静态特性，伺服作动器接到指令，输出相应位移；其位移由内部集成的双冗余线位移传感器进行采集，输出两路线位移测量信号X1、X2。
所述步骤四，控制器内部根据数学模型，生成基于指令的一路虚拟信号，包括：通过建立伺服系统数学模型，在伺服控制器软件内生成基于指令的虚拟位移信号；在伺服系统建模时，将伺服阀和喷管负载当作二阶环节、伺服作动器当作积分环节；同时忽略个别因素对系统特性的影响。
所述步骤五：对线位移传感器输出的两路位移测量信号和一路虚拟信号进行“多数表决”，包括：由数学模型生成的虚拟信号，连同双冗余传感器采集得到的两路信号X1、X2一并构成“多数表决”所需的三路信号，对故障位移通道进行动态诊断和切换，剔除一度故障模式；
线位移传感器测量信号X1、X2，与虚拟线位移，三者两两做差，取差值最小的一组，当“表决”出的两路信号不含虚拟信号时，表决结果采用两路测量信号的平均值；否则采用“表决”出的一路传感器测量信号作为表决结果使用。
所述步骤六：表决结果反馈给控制器，与指令进行比较，包括：将多数表决的结果反馈至控制器，与指令进行比较，形成闭环控制，实现作动器对指令的精确跟踪，将跟踪误差控制在要求范围内。
本发明的有益效果是：本发明提出了一种双余度电反馈伺服作动器故障诊断和余度算法，实现了双余度电反馈伺服作动器的故障诊断和余度管理，确保及时发现并精确定位故障，对故障位移通道进行动态诊断和切换，可有效剔除一度故障模式。该技术降低了对系统故障诊断及余度算法的设计难度及其对硬件运算处理能力的需求；同时在该技术中用到的数学模型生成的虚拟位移信号仅有“表决权”而未有“被表决权”，因此有效降低了系统对模型精确度的依赖，有效实现了伺服系统的小型化设计。
附图说明
图1为本发明所述的一种双余流程度电反馈伺服作动器故障诊断和余度算法流程图；
图2为本发明所述的一种双余流程度电反馈伺服作动器故障诊断和余度算法中的多数表决流程图。
具体实施方式
下面对本发明技术进行进一步描述：
如图1和图2所示，一种双余流程度电反馈伺服作动器故障诊断和余度算法，包括：
步骤一：控制器发送指令；
步骤二：指令通过伺服系统的校正网络，送达执行机构伺服作动器；
步骤三：伺服作动器的位移通过内置式双冗余线位移传感器进行采集，得
到两路线位移信号；
步骤四：控制器内部根据数学模型，生成基于指令的一路虚拟信号；
步骤五：对线位移传感器输出的两路位移测量信号和一路虚拟信号进行“多
数表决”；
步骤六：表决结果反馈给控制器，与指令进行比较。
所述步骤一，控制器发送指令，包括：经伺服系统的校正网络调整，调整系统的动、静态特性，伺服作动器接到指令，输出相应位移；其位移由内部集成的双冗余线位移传感器进行采集，输出两路线位移测量信号X1、X2。
对于双冗余位移传感器当其一路出现故障时，难以直接定位故障通道，因此通过建立伺服系统数学模型，在伺服控制器软件内生成基于指令的虚拟位移信号。
所述步骤四，控制器内部根据数学模型，生成基于指令的一路虚拟信号，包括：通过建立伺服系统数学模型，在伺服控制器软件内生成基于指令的虚拟位移信号；在伺服系统建模时，将伺服阀和喷管负载当作二阶环节、伺服作动器当作积分环节；同时忽略个别因素对系统特性的影响。由于伺服系统及其负载中含有大量非线性及高阶未建模因素，为了得到比较准确的伺服系统数学模型，需要根据经验或试验数据对其模型参数进行多次整定得到。
所述步骤五：对线位移传感器输出的两路位移测量信号和一路虚拟信号进行“多数表决”，包括：由数学模型生成的虚拟信号，连同双冗余传感器采集得到的两路信号X1、X2一并构成“多数表决”所需的三路信号，对故障位移通道进行动态诊断和切换，剔除一度故障模式；
多数表决流程如图2所示，线位移传感器测量信号X1、X2，与虚拟线位移，三者两两做差，取差值最小的一组，当“表决”出的两路信号不含虚拟信号时，表决结果采用两路测量信号的平均值；否则采用“表决”出的一路传感器测量信号作为表决结果使用。同时在该技术中用到的数学模型生成的虚拟位移信号仅有“表决权”而未有“被表决权”，因此有效降低了系统对模型精确度的依赖。
所述步骤六：表决结果反馈给控制器，与指令进行比较，包括：将多数表决的结果反馈至控制器，与指令进行比较，形成闭环控制，实现作动器对指令的精确跟踪，将跟踪误差控制在要求范围内。

Claims (5)

1.一种双余流程度电反馈伺服作动器故障诊断和余度算法，其特征在于，
包括：
步骤一：控制器发送指令；
步骤二：指令通过伺服系统的校正网络，送达执行机构伺服作动器；
步骤三：伺服作动器的位移通过内置式双冗余线位移传感器进行采集，得到两路线位移信号；
步骤四：控制器内部根据数学模型，生成基于指令的一路虚拟信号；
步骤五：对线位移传感器输出的两路位移测量信号和一路虚拟信号进行“多数表决”；
步骤六：表决结果反馈给控制器，与指令进行比较。
2.根据权利要求1所述一种双余流程度电反馈伺服作动器故障诊断和余度算法，其特征在于：所述步骤一，控制器发送指令，包括：经伺服系统的校正网络调整，调整系统的动、静态特性，伺服作动器接到指令，输出相应位移；其位移由内部集成的双冗余线位移传感器进行采集，输出两路线位移测量信号X1、X2。
3.根据权利要求1所述一种双余流程度电反馈伺服作动器故障诊断和余度算法，其特征在于：所述步骤四，控制器内部根据数学模型，生成基于指令的一路虚拟信号，包括：通过建立伺服系统数学模型，在伺服控制器软件内生成基于指令的虚拟位移信号；在伺服系统建模时，将伺服阀和喷管负载当作二阶环节、伺服作动器当作积分环节；同时忽略个别因素对系统特性的影响。
4.根据权利要求1所述一种双余流程度电反馈伺服作动器故障诊断和余度算法，其特征在于：所述步骤五：对线位移传感器输出的两路位移测量信号和一路虚拟信号进行“多数表决”，包括：由数学模型生成的虚拟信号，连同双冗余传感器采集得到的两路信号X1、X2一并构成“多数表决”所需的三路信号，对故障位移通道进行动态诊断和切换，剔除一度故障模式；
线位移传感器测量信号X1、X2，与虚拟线位移，三者两两做差，取差值最小的一组，当“表决”出的两路信号不含虚拟信号时，表决结果采用两路测量信号的平均值；否则采用“表决”出的一路传感器测量信号作为表决结果使用。
5.根据权利要求1所述一种双余流程度电反馈伺服作动器故障诊断和余度算法，其特征在于：所述步骤六：表决结果反馈给控制器，与指令进行比较，包括：将多数表决的结果反馈至控制器，与指令进行比较，形成闭环控制，实现作动器对指令的精确跟踪，将跟踪误差控制在要求范围内。
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