機(jī)電控制系統(tǒng)故障診斷策略淺析

王岳軍，于 靜（天津市源峰科技發(fā)展有限責(zé)任公司，天津 300350）

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機(jī)電控制系統(tǒng)故障診斷策略淺析

王岳軍，于 靜
（天津市源峰科技發(fā)展有限責(zé)任公司，天津 300350）

摘 要：對(duì)繼電控制系統(tǒng)故障進(jìn)行診斷，需要掌握整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行原理，結(jié)合故障表現(xiàn)形式，來(lái)選擇合適的診斷技術(shù)，爭(zhēng)取有效確定故障發(fā)生原因，并基于此采取措施進(jìn)行處理，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。本文結(jié)合機(jī)電控制系統(tǒng)運(yùn)行原理，對(duì)故障診斷策略進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)電；控制系統(tǒng)；故障診斷

0　引言

故障診斷即通過(guò)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，結(jié)合故障表現(xiàn)形式，利用專業(yè)技術(shù)來(lái)確定故障發(fā)生原因，作為系統(tǒng)運(yùn)行管理與維護(hù)的重要依據(jù)，爭(zhēng)取不斷提高系統(tǒng)運(yùn)行綜合效率。

1　機(jī)電控制系統(tǒng)運(yùn)行原理

（1）系統(tǒng)概述。機(jī)電控制系統(tǒng)主要目的就是將被控對(duì)象維持在目標(biāo)范圍內(nèi)，一般設(shè)置有傳感裝置來(lái)對(duì)對(duì)象運(yùn)行狀態(tài)信息的監(jiān)測(cè)收集，然后通過(guò)控制中心對(duì)各項(xiàng)信息進(jìn)行分析，發(fā)布指令由執(zhí)行裝置來(lái)完成，達(dá)到設(shè)計(jì)的控制目的［1］。常見(jiàn)有三種控制方式，即開(kāi)環(huán)控制、偏差調(diào)節(jié)閉環(huán)控制以及復(fù)合控制。對(duì)機(jī)電控制系統(tǒng)故障進(jìn)行診斷，即通過(guò)對(duì)運(yùn)行系統(tǒng)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)確定發(fā)生位置，并采取措施進(jìn)行處理。

（2）控制方式。1）開(kāi)環(huán)控制。與其他控制方式相比，此種方式應(yīng)用最為簡(jiǎn)單，但是不具備糾偏能力，控制精度比較低，且容易受外界因素影響，而造成控制參數(shù)出現(xiàn)偏差，降低控制效果。特行參數(shù)被干擾后，將會(huì)直接反應(yīng)到被控量上，使得被控量與即給定量出現(xiàn)偏差，且系統(tǒng)無(wú)法自主修正，影響控制準(zhǔn)確性。2）閉環(huán)控制。以偏差調(diào)節(jié)閉環(huán)控制方式，在應(yīng)用時(shí)被控量需要與給定值進(jìn)行比較，因此被控量信號(hào)需要沿著前向通道與反饋通道進(jìn)行往復(fù)循環(huán)閉路傳送，形成閉合回路［2］。與其他控制方式相比，此種控制方式，在受到外界因素影響，被控量出現(xiàn)偏差后，存在一個(gè)控制作用對(duì)該偏差進(jìn)行修整糾偏，使其與期望值保持一致。3）復(fù)合控制。此種控制方式即將開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制進(jìn)行組合的方法，將閉環(huán)控制回路作為基礎(chǔ)，對(duì)其加入一個(gè)輸入信號(hào)或者擾動(dòng)作用順饋通路，便可以有效提高系統(tǒng)控制精度，對(duì)外界因素影響產(chǎn)生的偏差進(jìn)行糾偏調(diào)整。此種控制方式在實(shí)際應(yīng)用中，主要擾動(dòng)已經(jīng)被有效補(bǔ)償，降低了反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度，具有良好的控制效果。

2　系統(tǒng)故障診斷要點(diǎn)

（1）故障檢測(cè)。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)前，需要假設(shè)故障發(fā)生后各項(xiàng)參數(shù)發(fā)生變化，如狀態(tài)變量、輸出變量、殘差變量變動(dòng)，為故障檢測(cè)的前提。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)，原則上就是確定發(fā)生故障的過(guò)程，對(duì)非正常狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。將系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)作為檢測(cè)對(duì)象，在標(biāo)稱情況下，假設(shè)在某不確定性情況下該變量符合已知條件，這樣只要該參數(shù)發(fā)生變化，便可以確定系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障［4］。

（2）故障診斷。故障診斷即根據(jù)各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的殘差方向以及結(jié)構(gòu)，來(lái)確定故障發(fā)生位置，并根據(jù)故障表現(xiàn)形式判斷其種類，初步判斷故障發(fā)生時(shí)間與原因，然后采取專業(yè)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，最后根據(jù)結(jié)果進(jìn)行故障評(píng)價(jià)并得出處理策略。其中，在對(duì)故障進(jìn)行分類時(shí)，應(yīng)以影響程度大小為依據(jù)，便于處理措施的選擇。而最后階段的故障評(píng)價(jià)與處理，應(yīng)根據(jù)診斷結(jié)果，綜合故障類型、影響程度等，來(lái)確定修復(fù)處理技術(shù)，爭(zhēng)取對(duì)故障進(jìn)行有效隔離，或者降低故障影響范圍。另外，故障診斷測(cè)試又可以分為故障監(jiān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)性測(cè)試兩部分，故障監(jiān)測(cè)主要在故障發(fā)生前展開(kāi)，診斷對(duì)象處于正常作業(yè)狀態(tài)，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行在線測(cè)試，預(yù)測(cè)可能會(huì)出現(xiàn)的故障。而實(shí)驗(yàn)性測(cè)試則是在故障發(fā)生后進(jìn)行，通過(guò)測(cè)試能夠及時(shí)定位故障位置，并根據(jù)故障特點(diǎn)進(jìn)行分類。且在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性測(cè)試時(shí)，需要停止診斷對(duì)象作業(yè)，提高測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性。

（3）故障修復(fù)。在得到故障診斷結(jié)果后，采取措施來(lái)對(duì)系統(tǒng)所存故障進(jìn)行處理修復(fù)，通過(guò)改變空置率或者系統(tǒng)重構(gòu)，使得系統(tǒng)在發(fā)生故障的同時(shí)，還可以維持良好的運(yùn)行狀態(tài)。故障修復(fù)對(duì)于維持系統(tǒng)可靠運(yùn)行具有重要意義，需要將前兩階段所得信息結(jié)合起來(lái)，編制合理有效的修復(fù)方案，選擇可行性最高的修復(fù)技術(shù)，降低故障影響范圍。

3　機(jī)電控制系統(tǒng)故障診斷策略

機(jī)電控制系統(tǒng)故障診斷，主要包括兩個(gè)方面，即檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，以及對(duì)發(fā)現(xiàn)的設(shè)備故障進(jìn)行診斷分析，以此來(lái)及時(shí)消除存在的各類問(wèn)題，保證系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。我國(guó)機(jī)電控制系統(tǒng)診斷研究比較晚，很多診斷技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中還不成熟，目前常用的診斷方法如基于機(jī)理研究診斷理論方法、基于信號(hào)處理與特征提取故障診斷、振動(dòng)信號(hào)診斷、模糊診斷理論與方法、故障診斷灰色系統(tǒng)理論與方法、故障樹(shù)分析診斷方法以及故障診斷專家系統(tǒng)理論與方法。對(duì)于不同的診斷方法，所對(duì)應(yīng)的情況不同，在選擇時(shí)需要從實(shí)際情況出發(fā)，總結(jié)故障表現(xiàn)形式，來(lái)選擇合適的診斷方法，判斷故障發(fā)生原因，并以此為基礎(chǔ)確定故障處理措施。

例如機(jī)電控制系統(tǒng)出現(xiàn)內(nèi)部控制干擾故障，便需要對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行診斷，確定系統(tǒng)工藝、結(jié)構(gòu)、線路、電源以及底線是否存在故障，同時(shí)還需要對(duì)各元件性能進(jìn)行檢測(cè)，因?yàn)閮?nèi)部干擾具有很強(qiáng)的偶然性和隨機(jī)性。內(nèi)部干擾故障可以分為固定干擾與過(guò)渡干擾兩種，其中固定干擾即信號(hào)串?dāng)_、反射噪聲以及饋電系統(tǒng)干擾。另外，控制系統(tǒng)還存在外部干擾故障，主要是外部裝置串?dāng)_到內(nèi)部裝置，干擾形式比較多，如雷擊、閃電等自然因素對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的干擾。對(duì)于不同的故障類型，需要準(zhǔn)確確定診斷對(duì)象，選擇合適的診斷技術(shù)，安排專業(yè)人員負(fù)責(zé)，有效檢測(cè)造成故障發(fā)生的原因，且有目的性的采取措施進(jìn)行處理，維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4　結(jié)束語(yǔ)

對(duì)機(jī)電控制系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷，需要基于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，確定故障診斷要求，按照專業(yè)規(guī)范，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能會(huì)出現(xiàn)的故障隱患，而對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)的故障，則需要確定其發(fā)生原因，并進(jìn)行分類，選擇有效的措施進(jìn)行處理，保證系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

［1］宋麒麟.數(shù)控機(jī)床控制及故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.華東理工大學(xué)，2012.

［2］徐玲玲.民機(jī)機(jī)電系統(tǒng)故障診斷研究［D］.南京航空航天大學(xué)，2011.

［3］朱慧妍，羅麗賓.機(jī)電控制系統(tǒng)的分析與故障診斷［J］.內(nèi)江科技，2012（05）：66.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.150

作者簡(jiǎn)介：王岳軍（1979-），男，山西襄垣人，本科，研究方向：機(jī)電一體化。