面向故障仿真的舵机系统建模方法研究.pdf

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1、第４５卷第３期航空计算技术Ｖｏｌ．４５Ｎｏ．３２０１５年５月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＭａｙ．２０１５面向故障仿真的舵机系统建模方法研究张奎轩，曾庆华（国防科学技术大学高超声速冲压发动机技术重点实验室，湖南长沙４１００７３）摘要：传统的基于传递函数和非线性微分方程的舵机系统模型无法直接描述舵机组件的物理参数，而这些参数直接反应组件的健康状况。专业的电路仿真软件的出现，为解决这一问题提供了方法。针对舵机系统故障仿真的需求，设计舵机模型原理框图；选用电路仿真软件Ｐｒｏｔｅｕｓ搭建舵机的电路模型，设计单片机程序，实现舵机位置

2、随动功能；分析模型的时域响应和频域响应特性，验证舵机系统电路仿真设计方法的可行性。以直流电机线圈电阻的故障模式为例，进行了故障仿真分析。关键词：舵机系统；故障仿真；电路建模；Ｐｒｏｔｅｕｓ；单片机中图分类号：ＴＰ３９１．９文献标识码：Ａ文章编号：１６７１桘６５４Ｘ（２０１５）０３桘００９５桘０４ResearchonCircuitSimulationMethodforActuatorSystemＺＨＡＮＧＫｕｉ桘ｘｕａｎ，ＺＥＮＧＱｉｎｇ桘ｈｕａ（ScienceandTechnologyonScramjetLaboratory，NationalUnive

3、rsityofDefenseTechnology，Changsha４１００７３，China）Abstract：Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａｃｔｕａｔｏｒｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｔｒａｎｓｆｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎｏｒｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｑｕａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｉｍｐｌｉｃａｔｅｓｔｈｅｈｅａｌｔｈｓｔａｔｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｅｖｅｒｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｉｎｔｈｅｍｏｄｅｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｃａｎ′ｔｄｉｒｅｃｔｌｙｄｅｓｃｒｉｂｅｐｈｙｓｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆｃｏｍｐｏｎｅｎｔ．Ｗｉｔｈｔｈｅｅｍｅｒｇｅ

4、ｎｃｅｏｆｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌｃｉｒｃｕｉｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｍｅｔｈｏｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｎｅｅｄｏｆｃｉｒｃｕｉｔｆａｕｌｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａｃｔｕａｔｏｒｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｓｃｈｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｃｔｕａｔｏｒｔｈｅｏｒｙｉｓｃｒｅａｔｅｄｆｉｒｓｔ；ｔｈｅｎｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｓｉｍｕｌａ-ｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｓｃｒｅａｔｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌｃｉｒｃｕｉｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏ

5、ｆｔｗａｒｅｓｕｃｈａｓＰｒｏｔｅｕｓ，ｄｅｓｉｇｎｔｈｅＭＣＵｐｒｏｇｒａｍ，ａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ；Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｉｍｅｄｏｍａｉｎｒｅｓｐｏｎｓｅａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌ，Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｍｏｄｅｌｉｓｃａｐａｂｌｅｏｆｗｅｌｌｉｍｉｔａｔｉｎｇｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆａｃ-ｔｕａｔｏｒｓｙｓｔｅｍ．Ｓｅｌｅｃｔｔｈｅｃｏｉｌｆａｕｌｔａｓｅｘａｍｐｌｅ，ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｆａｕｌｔｓｉｍｕｌａｔｉ

6、ｏｎｒｅｓｕｌｔｓ．Keywords：ａｃｔｕａｔｏｒｓｙｓｔｅｍ；ｆａｕｌｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｃｉｒｃｕｉｔｍｏｄｅｌ；Ｐｒｏｔｅｕｓ；ＭＣＵ１引言种有效途径。文献［５］以液压舵机非线性模型为基础，用正常工作数据构造ＳＶＲ（回归型支持向量机）模伺服舵机是飞行控制系统的重要组成部件，它的型，通过与实际舵机并行工作输出残差进行故障隔离。性能好坏直接影响飞控系统乃至整个飞行器的性能和文献［６］也采用了基于模型的方法产生残差对舵机进可靠性。传统的舵机设计方法是根据直流电机、减速器和角度传感器等参数确定数学模型的传递函数；采行故障诊断，根据建立的一元线性回

7、归模型将故障分用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ等数学仿真软件进行建模仿真，设类。文献［７］建立了舵机系统的非线性仿真模型，分计控制律，通过时域和频域响应分析模型的性能是否析了各环节故障模式和模型参数的关系，阐述了健康满足指标要求；在数学仿真的基础上，再进行实物舵机评估算法原理。比较而言，文献［５］和文献［６］都是将的测试。舵机的实际输出与其数学模型的解析输出作对比，由电动舵机是机电耦合的复杂系统，也是故障率较二者输出残差进行故障分离研究，这要求数学建模的高的环节。随着近年来飞行器集成健康管理技术精度很高，实际操作上难以实现。文献［７］主要研究［１－４］

8、健康状态评估算法，对故障模式的注入方式没有做具（ＩＶＨＭ）的发展，舵机的故障诊断成为一项重要的