探析電動執行器的故障診斷策略

常兵

摘要：隨著我國經濟的發展，電動執行器在現代大型工業、礦業中應用的也越來越廣泛，成為保障生產、提高效益的重要關鍵因素。在整個計算機控制系統中，電動執行器的故障成為導致控制系統失效的主要原因。傳統的電動執行器的故障診斷，往往集中于仿真層面，但是其效果并不實用。論文結合筆者研究，通過分析電動執行器故障的特點，從而提出了切實有效的電動執行器故障排查與診斷策略。

關鍵詞：電動執行器；故障；診斷

電動執行器一般被安裝在高溫、高壓、高腐蝕的環境下，往往會產生各種故障，從而嚴重影響自動化系統的運行效率，甚至帶來嚴重的生產事故。因此，對于電動執行器的故障診斷策略的研究是勢在必行的，受到業界相關專家學者的廣泛關注。現以常見的進口品牌伯納德執行器為例，分析其故障診斷策略。

1.死區故障的診斷分析

死區故障可以分為兩類，即自振蕩故障以及死區太大故障。

位置控制板

一般來說，電動執行器的死區故障與觸發器有很大的關系，當死區過大時，就可能導致執行器對于輸入信號的跟蹤效率不高，反映不靈敏。這樣一來，就可能會導致執行器的閥門滯留在某一區域位置，也就是說這時執行器對調節器輸出的小于死區范圍的信號不再做出反應，系統對執行器失去了有效的控制，進而影響系統的控制性能。對于死區故障的診斷來說，主要可以通過觀測反饋閾值信號以及輸入信號。當反饋信號和輸入信號的延遲已經超越了正常值時，就基本可以判斷存在死區故障。

電動執行器死區故障的解決策略主要是通過對死區設定電位器進行調節，以便減小電動執行器內的死區范圍。在調節時要注意，因為其調節方向是由大到小，因此要避免將死區調到過小，這樣反而還會形成自振蕩，此時電動執行器就會因為自振而難以正常運行，甚至導致電機過熱燒毀，這就是自振蕩故障。

因為電機在斷電時會因為慣性惰走的緣故導致電機反轉，如果電機轉向反復變更的話，我們就可以說此時的自振蕩故障較為嚴重。這種故障對整個系統的影響較為嚴重，必須今早解決。自振蕩故障的表現也比較簡單，即電動執行器的反饋信號變化非常頻繁。

自振蕩故障的解決方法一般為通過調節死區設定電位器增大死區范圍，確保死區適度增加，以便于確保局部反饋Iβ值的增大。為了預防自振蕩故障的發生，在平時可以改善自動措施以克服慣性惰走問題。

2.恒偏差故障的診斷分析

恒偏差故障主要是因為死區電流大于150 ?A，對于故障的診斷可以檢測其偏差值是否已超過死區范圍，且是否數值較為固定。此時，可以統計同一時間段內的輸入與反饋信號的差值，當出現如下托所示，差值超過死區范圍并且數值較為穩定時，我們就可以判斷其屬于恒偏差故障。

恒偏差故障的解決策略為調節死區設定電位器，確保死區恢復為正常值。

3.恒增益故障的診斷分析

一般來說，執行機構輸出的軸全程范圍內的0至90度角的位移信號就會被位置發送器轉換為4至20毫安的直流信號。當發生恒增益故障時，就會出現直流信號與角位移信號不對應的情況。對于電動執行器的增益值可以用以下公式計算： ，其中△x表示閾位變化量，而△v表示輸入指令變化量。

有效解決恒增益故障的主要方法就是對電動執行器反饋電流0%和100%位置加以調節，以確保執行機構能夠保證0%即4mA對應0度全關位置，100%即20mA滿量程于90度的全開位置。這樣，就能夠確保執行器旋轉角度與反饋電流之間達到相互對應的程度，也就解決了電動執行器恒增益故障的問題。

4.卡死故障

對于卡死故障來說，其表現行為可以分為兩類。第一類表現為某一段時間內電動執行器雖然指令的變化幅度非常大，但是反饋信號卻沒有跟隨指令進行相應的變化；第二類則是指某一時間段內雖然指令沒有發生變化，并且電動執行器的反饋以及角度也沒有產生變化，但是反饋出的信號卻和原本的指令有較大的出入。第一種情形在現場判斷起來較為簡單，我們可以根據它最主要的特征，也就是在很長一段時間內，反饋信號保持不變，基本不發生變化。如下圖所示，圖中顯示指令信號的變化浮動較大，但是反饋卻一直保持不動，我們就可以判斷其為卡死故障。

對于這種卡死故障來說，其解決方式也較為簡單，一般就是先進行電動執行器的凸輪是不是超出了滿量程的檢查，然后再對位置發送器進行檢查，查看其中的推桿是不是因為其他原因而被卡主。

5.結語

綜上所述，通過對電動執行器故障特點進行總結分析，利用不同信號的處理方法，有針對性的診斷電動執行器的故障。這種方式具有較強的優勢，即使不需要建立較為復雜的數學模型就可以實現對電動執行器故障的診斷。實踐證明，通過這種方式，可以有效的解決電動執行器的故障，取得良好的效果。

參考文獻：

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[2]岳有軍，王紅君，宗群. 基于數據驅動的電動執行器故障診斷方法[J].制造業自動化，2010（10）