基于故障樹的某光電轉臺故障診斷分析

賴文娟　曾刊　張云龍

[摘 要]針對某光電轉臺的故障問題，運用故障樹診斷手段對引發(fā)故障原因的事件予以識別和排查分析，結合故障機理確定排除故障的改進措施。為保證改進措施的有效性，對故障問題予以復現(xiàn)，并對所采取的措施進行驗證。驗證結果表明：轉臺故障原因明確，基于該光電轉臺的故障樹診斷分析手段可操作性強；所采用的改進措施有效，能有效消除故障，保障轉臺穩(wěn)定運行，能夠為分析裝備失效原因提供有益參考。

[關鍵詞]光電轉臺；故障樹；故障診斷；故障機理；裝備失效

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.14.026

[中圖分類號]TH165.3 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2018）14-00-03

高精度的光電瞄準系統(tǒng)是各軍事強國海、陸、空、天等各種激光通信武器系統(tǒng)，能夠在惡劣的天氣條件下對遠距離小目標進行全方位精確跟瞄和精確打擊，在軍事領域、星載、機載激光通信、空中航拍和環(huán)境監(jiān)測等領域具有廣泛應用，是近年來大力發(fā)展的新型武器系統(tǒng)。

光電轉臺是高精度的光電瞄準系統(tǒng)光電設備的承載平臺，是保證光電瞄準系統(tǒng)指向精度的重要部件，光電轉臺工作的可靠性是科研開發(fā)人員在設計過程中必須考慮的問題。故障樹分析又稱失效性分析FAT（Fault Tree Analysis），即采用故障樹分析手段對系統(tǒng)失效部位的故障機理進行分析，具有思路明晰、便捷實用、可操作性強的特點。

1 光電轉臺架構

光電轉臺包括1個二軸轉臺和與其配套的伺服裝置組成，其中伺服裝置包括轉臺方位伺服、轉臺俯仰伺服、轉臺方位及俯仰鎖緊驅動器，轉臺方位軸和俯仰軸均采用直流力矩來驅動，鎖緊則采用微型伺服電機來驅動。

轉臺、控制箱、外部設備之間的電纜連接關系如圖1所示。工作時，雙軸平臺由控制箱中的DC/DC供電，由控制盒根據(jù)上一級的指令控制轉臺的運動（控制箱上的連接器編號用XSm、XSn表示）。

2 光電轉臺故障樹建立與分析

2.1 光電轉臺故障現(xiàn)象

打開光電防護電源開關4秒以后再升起升降平臺，光電轉臺將不會執(zhí)行自檢動作，并且后續(xù)涉及假目標操作時，光電轉臺不會按正常情況偏轉（即轉臺不響應運動指令）。而打開光電防護電源開關后短時間（約4秒鐘）內啟動升降平臺開關控制升降平臺上升，則光電轉臺工作正常。

2.2 建立故障樹模型

根據(jù)光電轉臺組成架構和轉臺、控制箱、外部設備之間的電纜連接圖（見圖1），建立光電轉臺不響應運動指令的故障樹模型（見圖2），根據(jù)故障樹頂事件找出所有可能導致故障現(xiàn)象的直接原因，并以此類推逐級進行故障診斷分析，直至找到引起光電轉臺本次故障的原因。

2.3 故障樹定性分析

根據(jù)故障樹模型對光電轉臺不響應運動指令故障問題的排查過程如下。

2.3.1 A1、A3事件排查

技術人員現(xiàn)場測試，具體操作流程為：先打開光電防護電源開關后短時間（約4秒鐘）內把升降平臺開關扳到“升”（控制升降平臺上升），觀察光電轉臺工作狀態(tài)；然后將升降桿回收至起始位置，斷電，再打開光電防護電源開關后短時間（約4秒鐘）內把升降平臺開關扳到“升”（控制升降平臺上升），觀察光電轉臺的工作狀態(tài)。以上操作共重復30次，光電轉臺工作狀態(tài)均無異常，由此排除了A1事件（即電纜無斷裂，轉臺的上級指令設備無故障）和A3事件（轉臺控制器、驅動器、電機均無故障）。

2.3.2 A2事件（轉臺進入保護狀態(tài)）排查

（1）A2.1事件“解鎖失敗”排查。由于轉臺上電后會先進行解鎖，且必須在解鎖成功后才能執(zhí)行中轉臺運動指令，因此A1、A3事件的排查結果同時也證明了無“解鎖失敗”故障，由此排除了A2.1事件。

（2）A2.2事件“電源欠壓”排查。由于在電源電壓低于22 V時，轉臺也會進入保護狀態(tài)，關斷電機驅動器輸出（控制器可在18～36 V電壓的環(huán)境中正常工作），轉臺不會產生運動，因此A1、A3事件的排查結果同時也證明了無“電源欠壓”故障，由此排除了A2.2事件。

（3）A2.3事件“轉臺驅動器過流”排查。如果驅動器輸出短路，轉臺也會進入保護狀態(tài)，關斷電機驅動器輸出，轉臺不再運動，因此A1、A3事件的排查結果同時也證明了無“電機驅動器輸出被短路”故障，由此排除了A2.3.1事件。

2.3.3 A2.3.2事件“轉臺運動過程中卡滯”驗證

技術人員現(xiàn)場測試，如果在升降桿回收狀態(tài)打開光電防護設備電源開關4秒以后再升起升降平臺，轉臺將不會執(zhí)行自檢動作，并且后續(xù)涉及假目標操作時，轉臺不會按正常情況偏轉（即轉臺不響應運動指令）。

由于轉臺在上電4秒鐘后，就自動執(zhí)行解鎖和歸零動作，而此時如果與轉臺方位軸固連的蓋板（上）和與車艙固連的蓋板（下）處于扣合狀態(tài)，那么執(zhí)行歸零動作會卡滯，以致方位電機驅動器過流而進入保護狀態(tài)。為驗證此事，專門進行了以下測試。

先保持轉臺上電、歸零狀態(tài)，收回升降桿，當降至兩蓋板開始扣合時，電機電流明顯上升，即出現(xiàn)了堵轉，待上下蓋板扣合后，經測試轉臺方位角偏離零點約10 mrad，即在蓋板扣合狀態(tài)確實會出現(xiàn)零點偏離。為了確保結論無誤，需要進行再次驗證，在兩蓋板扣合狀態(tài)下開始上電，4秒鐘后再命令升降平臺上升，轉臺確實進入不響應運動指令的狀態(tài)。

結合故障現(xiàn)象、現(xiàn)場測試情況以及轉臺控制方式分析，故障原因應是在上電至出現(xiàn)轉臺不響應動作指令前，出現(xiàn)了保護，關斷了電機驅動器的輸出，該保護動作在下次上電后才能消除光電轉臺故障現(xiàn)象。結合問題定位分析過程，可以判定，歸零運動過程中轉臺受扣合的上、下蓋板的阻擋引起驅動器過流，導致轉臺進入保護狀態(tài)就是引起本次故障的原因，即由A2.3.2事件引起了故障。

3 故障機制確認

當升降桿處于收回狀態(tài)時，與轉臺方位軸系固連的蓋板與下蓋板扣合，下蓋板與轉臺基座固連。這種扣合除了能夠防雨外，還能限制轉臺方位軸系的運動，起到保護作用。

上電時，由于轉臺沒有獨立的控制開關，只要控制箱上電，轉臺就同時上電，轉臺控制器啟動約4秒鐘后，就會自動解鎖并歸零。而蓋板扣合時，由于轉臺安裝精度和蓋板扣合精度的影響，會造成轉臺方位偏離零位，如果此時轉臺執(zhí)行歸零動作，必然會受到卡滯，引起電機驅動器過流，為避免電機長時間堵轉損壞，控制器執(zhí)行保護動作，切斷電機驅動器輸出，電機不再出力，此時控制器仍在工作，但只響應“查詢”指令，不再執(zhí)行有關轉臺運動的指令。

結合故障機制分析，確定排除故障的改進措施為：優(yōu)化轉臺上電后操作使用流程的控制程序，保證系統(tǒng)一上電即讓升降桿執(zhí)行上升動作，在4秒內上、下蓋板脫離扣合狀態(tài)，轉臺在執(zhí)行歸零動作時不會受蓋板之間的卡滯，不會進入保護狀態(tài)，不會出現(xiàn)上述問題。

設計人員通過現(xiàn)場對出現(xiàn)不響應指令現(xiàn)象的、優(yōu)化上電后操作使用流程的控制程序的轉臺進行獨立供電，共開關機35次驗證改進措施的有效性。改進措施驗證結果表明：轉臺故障原因明確，基于該光電轉臺的故障樹診斷分析手段可操作性強；所采用的改進措施有效，能有效消除故障，保障轉臺穩(wěn)定運行。

4 問題復現(xiàn)

為確認故障機理，技術人員現(xiàn)場再次進行了問題復現(xiàn)驗證，具體情況如下：如果一上電即讓升降桿執(zhí)行上升動作，那么光電瞄準系統(tǒng)轉臺工作正常；如果上電后延時（4秒以上）讓升降桿執(zhí)行上升動作，那么轉臺出現(xiàn)不響應動作指令問題。經過10次重復操作，確認本故障能夠確切、穩(wěn)定地復現(xiàn)。

5 結 語

本文通過對某光電瞄準系統(tǒng)轉臺的故障問題進行識別，建立了該系統(tǒng)光電轉臺不響應運動指令的故障樹模型，并按照故障樹模型運用故障樹診斷手段對引發(fā)故障原因的事件予以排查分析，定位導致光電瞄準系統(tǒng)轉臺工作失效的故障原因，結合故障機理分析從而找到光電轉臺工作失效的改進措施，通過現(xiàn)場驗證實例證明該改進措施的有效性。本文旨在為光電轉臺工程應用中分析裝備失效原因、找到可能引發(fā)故障事件間的聯(lián)系、弄清楚故障機制提供有益參考。

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