CN113767212B - 用于对致动涡轮机的部件的系统进行监测的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于对可移动部件的致动系统进行监测的方法，可移动部件尤其是涡轮机的可移动部件，例如喷嘴或叶片，致动系统包括控制装置，该控制装置被配置为将位置指令传送到第一气缸和第二气缸，每个气缸被配置为响应于位置指令而传送位置反馈测量，该方法在监测系统中实施并且包括：‑第一监测模式，在该第一监测模式中检测两个气缸的位置反馈测量之间的偏差；‑第二监测模式，在该第二监测模式中不检测两个气缸的位置反馈测量之间的偏差；当两个位置反馈测量中的至少一个位置反馈测量处于瞬态阶段时，则选择第二模式。

Description

用于对致动涡轮机的部件的系统进行监测的方法和系统
技术领域
本发明涉及借助于气缸对涡轮机的部件进行致动的致动系统的领域。本发明更具体地涉及对这种类型的致动系统进行监测。
背景技术
涡轮机通常包括具有诸如喷嘴或叶片的可移动部件的模块。这些部件必须能够根据命令移动，并且这些部件的移动通过一个或多个气缸来控制。这些可移动部件形成了所考虑的模块的运动学，并且通常由气缸致动。出于安全和冗余的原因，借助于指示位置反馈的系统对一个或多个气缸进行两次位置测量是标准的。
由于成本原因，不可能为每个气缸配备有这种类型的位置反馈系统。因此，如果气缸的数量多于两个，仅被称为主气缸的两个气缸通常配备有这种类型的位置反馈。
实际上，这种位置反馈是响应于施加到气缸的位置指令而测量的气缸的位置。实际上，气缸的位置使得能够知道模块的运动学的运动程度，例如喷嘴的位置或叶片的枢转程度。
以已知的方式，两个气缸必须具有响应于相同指令的相同的位置反馈。如果两个气缸的测量位置之间存在偏差，则存在“气缸之间的位置偏差”问题，这是由于致动系统的磨损造成的，这可能导致故障。在具有大量累积的操作时间的致动系统中，多次注意到多例“气缸之间的测量偏差”维护信息的情况。这些“气缸之间的测量偏差”与致动系统的相当大的磨损有关，该磨损会在配备有位置反馈的两个气缸之间产生位置偏移，但这不一定是故障的特征。
这种激增的故障(不管是真的还是假的)需要在机翼下(直接在飞机上维修，而不必移除致动系统)和车间维修。这些维修在人员和时间上非常昂贵(寻找故障、更换气缸)。
为了避免这些维护操作和延长移除前的机翼下的寿命，存在需要改进气缸之间的测量偏差的检测，缺乏检测会导致在致动系统老化的同时，对气缸之间的测量偏差的观察增加。这种偏差信息的增加降低了发动机的可用性，并增加了与维护操作相关的成本。
因此，存在需要改进“气缸之间的测量偏差”的检测，同时考虑到由于致动系统的正常磨损而引起的特殊性。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种不具有现有技术的缺点的监测系统。
出于这个原因，根据第一方面，提出了一种用于对可移动部件的致动系统进行监测的方法，该可移动部件尤其是涡轮机的可移动部件，例如喷嘴或叶片，所述致动系统包括控制装置，该控制装置被配置为将位置指令传送到第一气缸和第二气缸，每个气缸被配置为响应于所述位置指令而传送位置反馈测量，该方法在监测系统中实施并且包括，
-第一监测模式，在第一监测模式中检测两个气缸的位置反馈测量之间的偏差；
-第二监测模式，在第二监测模式中不检测两个气缸的位置反馈测量之间的偏差；
如果两个位置反馈测量中的至少一个位置反馈测量处于瞬态阶段，则选择第二模式。
有利地，本发明通过以下特征单独或以它们在技术上可能的组合中的任何一个来完成
-该方法包括对位置反馈测量(12，22)的瞬态阶段的检测(T1，T2)，该对位置反馈测量的瞬态阶段的检测包括将测量电压的梯度与阈值进行比较(E3)。
-如果测量电压的梯度大于所述阈值，则测量电压处于瞬态阶段。
-对瞬态阶段的检测包括确认瞬态阶段的步骤，该确认瞬态阶段的步骤包括在被称为确认时段的预定时段内对所述测量电压的瞬态阶段进行检测。
-预定时段介于60ms到100ms之间，通常为80ms。
根据第二方面，本发明涉及一种可移动部件的致动系统的监测系统，该可移动部件尤其是涡轮机的可移动部件，例如喷嘴或叶片，所述致动系统包括控制装置，该控制装置被配置为将位置指令传送到第一气缸和第二气缸，每个气缸被配置为响应于所述位置指令而传送位置反馈测量，所述监测系统被配置为实施根据本发明的第一方面的方法。
根据第三方面，本发明涉及一种涡轮机，该涡轮机被配置为由借助于根据本发明的第二方面的监测系统来监测的致动系统致动。
本发明的优点是多方面的。
每个气缸之间的位置反馈测量的偏差的检测使得能够对位置反馈采集链的部件的电漂移进行检测。在运动学由两个主气缸控制的情况下，每个气缸配备有位置反馈，在两个气缸之间看到的偏差可以是电气的，但也可以是机械的。因此，间隙调整或磨损的瞬态现象引入对偏差监测的稳健性的损失，该偏差被错误地检测。
附图说明
通过以下是纯说明性和非限制性的并且必须参照附图来阅读的说明，本发明的其它特征、目的和优点将被揭示，在附图中：
-图1示出了本发明的实施环境。
-图2为根据本发明的一个实施例的方法的步骤的流程图。
-图3示出了本发明所解决的问题。
-图4示出了本发明所区分的可见瞬态和不可见瞬态；
-图5为根据本发明的一个实施例的方法的子步骤的流程图。
在所有图中，类似的部件带有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了诸如喷嘴或叶片的涡轮机的部件的致动系统10，该致动系统包括控制装置1，该控制装置被配置为将位置指令CONS传送到第一气缸11和第二气缸21。第一气缸11和第二气缸21特别是致动系统的被称为“主”的气缸：这两个气缸中的每一个设置有位置反馈模块12、22。如果存在其它气缸，则其它气缸没有配备有这种类型的模块。
位置指令CONS被转换为用于对气缸11、21进行控制的指令电压。在将位置指令CONS应用到每个气缸之后，每个气缸11、21按照所述指令CONS移动。为了验证气缸11、21已经根据位置指令移动，如上所述，每个气缸11、21配备有位置反馈模块12、22，该位置反馈模块测量气缸11、21的实际运动(以下为位置反馈测量12、22)。在本实例中，位置反馈测量12、22是指与气缸11、21的实际运动成比例的测量电压。本领域技术人员还将理解，可以设想对应于气缸的位置反馈的另一种类型的信号。
为了验证致动系统的正确操作，源自位置反馈模块的位置反馈测量12、22被传送到监测系统20，该监测系统特别使得能够对每个气缸11、21的位置反馈测量12、22的偏差进行评估。由于这个原因，监测系统20包括诸如处理器的处理单元，以实施下文中关于图2所述的监测方法。
监测系统20将源自位置反馈模块的每个位置反馈测量12、22作为输入。
基于位置反馈测量12、22来实施对每个气缸11、21的位置反馈测量12、22的瞬态阶段的检测(分别为步骤T1、T2)。
这种类型的检测T1、T2使得能够评估与每个气缸11、21相关的位置反馈测量12、22是否处于瞬态阶段，即不稳定，并因此是不可靠的，或者评估与每个气缸相关的位置反馈测量是否处于稳定阶段，并被认为是可靠的。
实际上，申请人已经观察到，当这些测量处于瞬态阶段时，气缸11、21之间的位置反馈测量的偏差增加。在运动学处于运动期间的阶段被称为瞬态阶段。
图3示出了在瞬态阶段期间，气缸11、21之间的测量之间的偏差逐渐增加的事实。在这些图中示出：
-第一气缸11的位置反馈测量的变化(曲线Mes1)
-第二气缸21的位置反馈测量的变化(曲线Mes2)
-两次测量之间的偏差的变化(曲线|Mes2-Mes1|)
-第一检测阈值S0和第二检测阈值S1。
因此，已经注意到，即使通过将检测阈值从S0增加到S1，两次测量之间的偏差在很长一段时间内总是高于阈值S1，使得难以配置阈值和偏差观察周期(以确保偏差实际上高于阈值)，从而使得能够具有可靠的监测(受高检测阈值的定义影响)并且不会检测到错误故障。
因此，考虑到该观察，申请人提出了在这些瞬态阶段期间不监测位置反馈测量的偏差，因为在这种情况下的监测是不稳健的，即该监测是不可靠的。
因此，根据位置反馈测量是否具有瞬态特性，由监测系统实施的监测方法包括两种监测模式，因此，这两种监测模式可以被选择(步骤SEL)。因此定义如下：
第一监测模式M1，在第一监测模式期间检测两个气缸11、21的位置反馈测量之间的偏差；
第二监测模式M2，在第二监测模式期间不检测两个气缸11、21的位置反馈测量之间的偏差。
如果两个位置反馈测量12、22中的至少一个处于瞬态阶段，则选择第二监测模式M2(步骤SEL)。
因此，如果两个位置反馈测量中的一个处于瞬态阶段，则选择第一监测模式或第二监测模式。
当选择第一模式M1时，位置反馈测量12、22的偏差使得能够在必要时产生与异常测量偏差有关的警报，该警报将触发维护(步骤ALE)。由于这个原因，触发阈值被设置并且取决于致动系统的参数及其致动系统。
为了减轻由于发动机老化、和/或工作模式、和/或飞行包线、和/或机动类型(加速/减速、缓慢或快速)而引起的瞬态阶段的可变性，并且为了精确管理气缸11、21处的瞬态阶段的检测，瞬态阶段的检测借助于对位置测量12、22中的每一个位置测量的梯度进行监测来完成而不是在发动机本身的瞬态阶段(发动机的速度/温度/总压力的变化，而不仅仅是所考虑的模块的速度/温度/总压力的变化)中完成。实际上，在气缸11、21的水平处存在某些可见的瞬态阶段，而不是在如图4所示的发动机的水平处存在某些可见的瞬态阶段。因此，有利地，在考虑每个测量的梯度的同时来评估每个位置反馈测量12、22的瞬态特性。当然，可以实现用于获得测量的瞬态特性的其它可能性。
瞬态特性的检测(步骤T1、T2)包括关于图5所述的以下步骤。
对于给定的气缸11、21，位置反馈测量的梯度如下获得(步骤E1)：
梯度i＝测量i-测量i-1，
i和i-1是进行测量的时间。因此，在时间i处计算的梯度是两次连续测量之间的差值。
因此，瞬态阶段的检测是在位置反馈测量12、22(气缸11、21的真实位置的图像)上详细说明而不是在气缸11、21的位置指令CONS上详细说明。实际上，特别是在指令CONS稳定但气缸11、21终止其运动的瞬态阶段结束时，指令CONS并不总是代表气缸11、21的真实行为。这具有以下缺点：存在电噪声的位置反馈测量12、22，并且由于施加到气缸11、21的力而具有变化。因此，在这种类型的测量上详细说明的梯度仍然噪声更大，因此在滤波的位置反馈测量12、22上完成瞬态阶段的检测。
然后，对在时间i处计算的梯度进行如下滤波(步骤E2)：
滤波梯度i＝滤波梯度i-1+CTE.(梯度i-滤波梯度i-1)。
该滤波考虑到连续计算的梯度的两个值。
滤波器的常数CTE通过考虑以下元素来设置：
-大的时间常数使得能够滤波大部分的电和机械扰动，但大大延迟了梯度的检测，并强烈地衰减了一个或多个瞬态阶段的变化水平；
-小的时间常数使得能够快速检测瞬态阶段，但有利于错误的瞬态阶段检测，前提是该检测读取的电平接近阈值(根据液压机械功率低的点处的运动学的动态，阈值可能相当低)。
然后，将时间i处的滤波梯度的值与阈值进行比较(步骤E3)。特别地，为了指示所考虑的气缸11、21的位置反馈测量12、22的瞬态特性，在时间i处的滤波梯度的该值必须大于预定阈值。
为了不提前停止监测，必须在确认步骤(步骤E4)期间确认该瞬态特性。
为此，滤波梯度必须大于预先确定的时段的某个阈值，该时段被称为确认时段。这种类型的时段通常介于60ms到100ms之间，优选地为80ms。确认时段必须相当大，以有助于稳健性，但又不能太高，从而不会在停止对偏差的监测中造成太多延迟。由于这个原因，确认时段将是运动学中最短的现有瞬态阶段的函数。因此，确认时段是根据经验确定的。
如果确认所考虑的气缸11、21的位置反馈测量的瞬态特性，则停止对气缸11、21之间的测量偏差的监测。
实施监测模式的选择，选择第二监测模式M2。如果不是这种情况，则选择第一监测模式M1。
出于以下两个原因，确认时段是有利的：
-梯度的滤波引入对瞬态特性的检测的延迟和对振幅值的衰减，这导致与对未滤波的值的检测相比提供检测阈值的降低。
-检测阈值的降低可能导致对瞬态阶段的无意检测，并因此在不合理时停止监测。
有利地，上文所述的本发明具有关于所考虑的模块的气缸11、21的自支持瞬态阶段检测：该检测仅取决于气缸11、21的固有参数，而不基于发动机状态(静止速度、瞬态速度等)或者应用于气缸11、21的指令CONS。结果，监测系统20被制成独立于任何故障模式(电漂移测量的开始)和发动机与发动机之间的任何可变性。此外，本发明提出了通过引入位置反馈测量12、22的滤波和瞬态阶段的开始和结束的确认来减轻与使用原始测量有关的故障的装置。最后，本发明通过减轻与阈值和/或超时的扩大相关的限制，并因此改进与偏差故障的检测相关的故障排除(监测)，使得气缸11、21的位置测量偏差12、22的检测能够稳健。

Claims (12)

1.一种用于对可移动部件的致动系统(10)进行监测的方法，所述致动系统(10)包括控制装置(1)，所述控制装置被配置为将位置指令传送到第一气缸(11)和第二气缸(21)，所述第一气缸(11)和所述第二气缸(21)中的每一个被配置为响应于所述位置指令而传送位置反馈测量(12，22)，所述方法在监测系统(20)中实施并且包括以下步骤：
-第一监测模式(M1)，在所述第一监测模式中检测所述第一气缸(11)和所述第二气缸(21)的所述位置反馈测量(12，22)之间的偏差；
-第二监测模式(M2)，在所述第二监测模式中不检测所述第一气缸(11)和所述第二气缸(21)的所述位置反馈测量(12，22)之间的偏差；
如果两个位置反馈测量(12，22)中的至少一个位置反馈测量处于瞬态阶段，则选择所述第二监测模式(M2)。
2.根据权利要求1所述的方法，包括对位置反馈测量(12，22)的所述瞬态阶段的检测(T1，T2)，所述对位置反馈测量的所述瞬态阶段的检测包括将测量电压的梯度与阈值进行比较(E3)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，如果所述测量电压的所述梯度大于所述阈值，则所述测量电压处于瞬态阶段。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，对所述瞬态阶段的所述检测包括确认所述瞬态阶段的步骤，所述确认所述瞬态阶段的步骤包括在被称为确认时段的预定时段内对所述测量电压的瞬态阶段进行检测。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述预定时段介于60ms到100ms之间。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述可移动部件是涡轮机的可移动部件。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述可移动部件是喷嘴或叶片。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述预定时段为80ms。
9.一种可移动部件的致动系统(10)的监测系统(20)，所述致动系统(10)包括控制装置(1)，所述控制装置被配置为将位置指令传送到第一气缸(11)和第二气缸(21)，所述第一气缸(11)和所述第二气缸(21)中的每一个被配置为响应于所述位置指令而传送位置反馈测量(12，22)，所述监测系统被配置为实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法。
10.根据权利要求9所述的监测系统(20)，其中，所述可移动部件是涡轮机的可移动部件。
11.根据权利要求9所述的监测系统(20)，其中，所述可移动部件是喷嘴或叶片。
12.一种涡轮机的部件，所述部件被配置为由借助于根据权利要求9至11中任一项所述的监测系统(20)来监测的致动系统致动。
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