基于電動全動模擬機RTH系統研究及故障診斷

宋曉婷，白鵬飛，谷宗輝，蒲鴻瑞，沈鵬飛

（天津杰普遜國際飛行學院有限公司飛行模擬中心，遼寧朝陽 122400）

0 引言

全動模擬機運動系統能夠模擬起飛、著陸、爬升、轉彎的加速度以及飛行中顛簸等多種感覺。目前，電動運動系統正開始逐漸替代傳統液壓運動系統，具有噪聲低、設備少、便于維護等優點。在電動運動系統中，RTH（Return To Home，返回原地）系統功能至關重要，它可以在斷電或者模擬機發生Ⅱ類故障狀態下克服作動筒執行器負載張力影響，依然使運動系統緩慢回落至原位，保障模擬機上操作人員安全撤離。

1 系統工作原理

1.1 系統組成

RTH系統組成如圖1所示。通過PLC控制各個接觸器通斷，實現各個模塊聯合工作，為運動系統提供安全保障[1]。

（1）直流配電模塊。為RTH放大器提供48 V直流電源和24 V直流控制電壓。

（2）RTH電池充電器。確保在MCC （Motion Control Cabinet，電機控制中心）機柜通電狀態下持續為RTH電池組充電，保持RTH電壓達到48 V以上。運動系統通過負載電阻監控充電器無輸出或者輸出電壓不正常時，報出Ⅱ類故障。

（3）RTH電池組。由4只12 V、55 A·h鉛酸蓄電池串聯而成，輸出為48 V。當系統發生Ⅱ類故障時，向RTH放大器提供電源。

圖1 系統組成模塊

（4）負載電阻。每次啟動Moog模擬軟件時，在運動系統加載之前會對電池進行電壓測試。在測試過程中，負載電阻接入電路中，由PLC監控電池電壓水平，如果電壓降至編程設定的閾值以下時，運動系統將出現Ⅱ類故障并報警，導致運動系統無法啟動。

（5）制動電阻。共12只，均為可調電阻，每只阻值設置為3.5 Ω。按照工作時序可以分為一階段制動電阻（6只）和二階段制動電阻（6只）。一階段制動電阻由PLC通過接觸器6K7、6K8、6K9控制，每個接觸器同時控制2只，發生Ⅱ類故障時立即接入電路。二階段制動電阻由PLC通過RTH晶體管控制，在一階段制動電阻工作后經過短暫延遲接入電路。2種制動電阻同時工作時形成并聯連接，限制作動筒執行器運行速度，使其平穩緩慢回至原位。

（6）RTH放大器。是RTH系統核心部件，發生Ⅱ類故障時，運動系統將主電切斷，由48 V RTH電池組為RTH放大器供電，通過控制放大器內6個IGBT開關工作序列，提供具有特定電壓和頻率的三相交流電壓，驅動電機正常運轉。單個RTH端子功能如圖2所示。RTH放大器J1引腳和TB1引腳功能見表1和表2。

（7）作動筒執行器。6只作動筒驅動器在各自內部直流伺服驅動電機控制下，協調聯動提供6自由度運動。每只作動筒執行器內部設置有霍爾傳感器、編碼器和復位開關，便于向系統反饋位置信號。

1.2 工作原理

圖2 RTH 端子功能

表1 RTH放大器J1引腳功能

表2 RTH放大器TB1引腳功能

當發生Ⅱ類故障時，系統通過PLC控制使主電源斷開、接觸器62K1和63K1閉合，48 V RTH電池組與RTH放大器之間的連接被建立。同時通過控制接觸器6K7、6K8、6K9，接通第一階段制動電阻。RTH放大器接到DYN BRAKE信號后，接通二階段制動電阻。PLC向RTH放大器發送使能信號，通過控制RTH放大器內部驅動電路IGBT開關次序，為電機提供三相交流驅動電壓，驅動電機運轉并克服作動筒執行器張力負載。一、二階段制動電阻同時接入電路，將作動筒執行器緩慢收至原位。

2 典型故障診斷和排除方法

故障1：運動系統報出RTH電池組電壓低，造成運動系統無法正常啟動。

（1）可能的原因分析。①此前存在其他Ⅱ級故障，RTH系統在投入使用過程中電池組耗電較多，導致電池電壓過低；②一只或多只電池出現永久性容量損失，導致電壓不足；③負載電阻阻值有所改變；④接線問題。

（2）故障排除流程。①檢查RTH電池充電器5C1和5C2狀態燈是否為橘黃色常亮，若是則表明其正在為蓄電池充電。此時需等待，直至充電完成且5C1和5C2狀態燈變為綠色常亮為止，此后可以重新加載運動系統；②如果仍然不能啟動，需進一步檢查每一只電池電壓是否能夠達到12 V，某一只或者某幾只達不到，表明電池容量有所損失，需更換電池。如果故障仍未排除，需進一步檢查負載電阻阻值是否正常；③確認負載電阻7R1阻值是否能夠達到3.80 Ω±10%，若未達到，需更換7R1。否則進一步檢查分壓電阻7R4和7R5；④確認7R4阻值能否達到9.53 kΩ±10%，7R5阻值是否能夠達到10 kΩ±10%，如達不到需更換7R4或/和7R5，否則需要全面檢查電路接線是否連接完好，直至故障排除。

故障2：系統報出充電器輸出丟失，造成運動系統無法啟動。

（1）可能的原因分析。①內部熔斷器斷開；②充電器開關在關斷位置；③充電器輸入電壓出現問題；④接線問題；⑤充電器故障。

（2）故障排除流程。①確認熔斷器5F2是否完好，若損壞需更換熔斷器；②如果故障未解決，需檢查充電器開關是否在“ON”位置，如果沒有需手動將其打開并確認故障是否排除；③檢查“240 V”輸入電壓連接器與充電器是否正常連接，如出現松動需重新緊固連接，否則需要檢查各處接線是否完好；④檢查充電器輸出至PLC輸入模塊之間連接是否完好，如出現斷點需進行修復，否則需檢查是否為充電器本身損壞；⑤更換故障充電器，確認各處連接良好，直至故障排除。

故障3：系統報出RTH放大器故障，造成運動系統無法啟動。

（1）可能的原因分析。①RTH連接器J1（圖2）沒有正常連接；②24 V直流控制信號沒有正常接入；③接線問題；④RTH放大器自身故障。

（2）故障排除流程。①確認連接器J1和相關接線完好連接，如出現松動需重新連接J1和相關接線；②檢查連接器J1端子1和端子2之間電壓是否為24 V，如果不是，需檢查直流供電模塊與RTH放大器連接器J1之間連接是否完好，如果出現斷點，需重新連接固定；③檢查直流供電模塊與RTH放大器J1端子3與4之間連接是否完好，如果出現斷點，需重新連接固定，如故障仍未解決，需要更換RTH放大器；④更換RTH放大器并檢查相關連接，直至故障解決。

在運行過程中，若因RTH系統故障導致某個或多個作動筒執行器無法返回原位時，維護人員需要按照廠家手冊要求，對運動系統進行整體斷電，并指揮人員利用模擬機緊急逃生裝備，安全返回地面。