作動(dòng)器伺服控制系統(tǒng)典型故障研究

李勝國(guó) 韓冰

摘要：本文對(duì)作動(dòng)器的工作原理進(jìn)行了說(shuō)明，針對(duì)作動(dòng)器伺服控制系統(tǒng)的故障進(jìn)行定性分析，并對(duì)雙閉環(huán)系統(tǒng)下的典型故障模式進(jìn)行了推演。

關(guān)鍵詞：伺服作動(dòng)器；控制原理；典型故障；分析；

Keywords：actuator；control principle；typical faults；analysis

0 引言

作動(dòng)器作為飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的舵面執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是現(xiàn)代飛機(jī)飛控系統(tǒng)的重要組成部分，在穩(wěn)定性、安全性方面有很高的要求。本文通過(guò)對(duì)該類產(chǎn)品的工作原理進(jìn)行計(jì)算、分析，推演其典型故障的主要表現(xiàn)，特別針對(duì)雙閉環(huán)回路控制系統(tǒng)，通過(guò)定性計(jì)算還原了該類產(chǎn)品的典型系統(tǒng)故障模式，為解決后續(xù)產(chǎn)品在維修、排故及使用過(guò)程中出現(xiàn)類似問(wèn)題提供了理論支撐。

1 作動(dòng)器伺服控制原理

伺服作動(dòng)器的閉環(huán)控制原理框圖如圖1所示。

由圖1可知，作動(dòng)器伺服控制系統(tǒng)由內(nèi)閉環(huán)回路和外閉環(huán)回路組成。內(nèi)閉環(huán)由內(nèi)放大器、EHV、MCV、MCVLVDT及內(nèi)解調(diào)器組成，外閉環(huán)由外放大器、MCV工作閥芯、RAM、RAMLVDT及外解調(diào)器組成。

在伺服系統(tǒng)正常工作模式下，外界輸入一個(gè)控制信號(hào)ur（假設(shè)為正值），該信號(hào)經(jīng)過(guò)外、內(nèi)放大器后轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)iC（正值），EHV在電流iC的作用下線圈產(chǎn)生電磁力矩，噴擋機(jī)構(gòu)開始工作，在壓力差的作用下使MCV控制活塞正向移動(dòng)。由于MCV控制活塞與MCV工作閥芯在結(jié)構(gòu)上被固定在一起，MCV工作閥芯也隨MCV控制活塞正向移動(dòng)，打開控制油路，使RAM的活塞正向伸出。RAM的活塞將按信號(hào)指令帶動(dòng)舵面運(yùn)動(dòng)，并且RAM-LVDT將RAM的活塞位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，反饋至伺服系統(tǒng)前端。

如輸入負(fù)相階躍信號(hào)，其原理相同，RAM的活塞最終達(dá)到平衡狀態(tài)的位置為反向極限位置。

2.3 系統(tǒng)內(nèi)、外回路均開環(huán)的故障模式

該狀態(tài)下通常指的是整個(gè)MCV及RAM線位移傳感器同時(shí)出現(xiàn)故障，喪失全部閉環(huán)反饋信號(hào)，系統(tǒng)已不具備伺服控制特性，完全處于開環(huán)工作狀態(tài)。

當(dāng)輸入正向階躍信號(hào)ur時(shí)，工作過(guò)程如下：

如輸入階躍為負(fù)，MCV控制活塞與RAM活塞最終達(dá)到平衡時(shí)處于反向極限位置。

由以上分析可知，系統(tǒng)完全開環(huán)故障的典型特征為：伺服控制系統(tǒng)失效，只要控制信號(hào)ur不為0，則MCV工作閥芯與RAM活塞均處于正向（或反向）極限位置，作動(dòng)器RAM都會(huì)輸出一極限位置，該位置極性與輸入信號(hào)一致。

3 結(jié)論

當(dāng)作動(dòng)器系統(tǒng)在內(nèi)回路開環(huán)、外回路閉環(huán)的情況下，故障表現(xiàn)為作動(dòng)器循環(huán)振蕩，無(wú)法輸出系統(tǒng)指定的信號(hào)指令。在內(nèi)回路閉環(huán)、外回路開環(huán)的情況下，故障典型特征是伺服系統(tǒng)不受控，輸入任意一個(gè)控制信號(hào)，作動(dòng)器RAM都會(huì)輸出一極限位置，該位置極性與輸入信號(hào)一致。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)外回路均處于開環(huán)的狀態(tài)時(shí)，伺服控制系統(tǒng)失效，只要控制信號(hào)ur不為0，則MCV工作閥芯與RAM活塞均處于正向（或反向）極限位置，作動(dòng)器RAM都會(huì)輸出一極限位置，該位置極性與輸入信號(hào)一致。

在對(duì)作動(dòng)器故障特別是整機(jī)故障、飛行姿態(tài)故障進(jìn)行分析的過(guò)程中，可對(duì)照以上結(jié)果進(jìn)行深度研究。例如，某作動(dòng)器事件從機(jī)理上分析即是出現(xiàn)了系統(tǒng)外回路開環(huán)、內(nèi)回路閉環(huán)狀態(tài)，導(dǎo)致作動(dòng)器RAM輸出一極限位置，最終引起飛機(jī)后仰、傾翻。此外，飛行過(guò)程中的顛簸、漂擺是否因作動(dòng)器內(nèi)回路某元件失效導(dǎo)致內(nèi)回路開路引起，也可通過(guò)上述原理進(jìn)行分析和解釋。

作者簡(jiǎn)介

李勝國(guó)，主要從事航空液壓作動(dòng)器修理研究。

韓冰，主要從事航空裝備修理質(zhì)量監(jiān)督。