李宏亮 張清勇 吝繼鋒

摘? 要：飛機結構靜力/疲勞試驗主要由加載控制系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)、傳感器等部分組成，控制系統(tǒng)輸出的閥指令為電流信號，因此稱之為伺服控制電流信號，在試驗或調試過程中，因人為或意外等原因導致控制系統(tǒng)輸出的伺服控制電流信號出現誤差、中斷、反向等故障，目前是通過交叉排除方式進行排查，即交叉更換伺服控制線纜、伺服閥、控制通道等一一進行排查，高利娃等研制了伺服閥檢測燈，但是采用這種方法檢測只能檢測伺服閥線纜通斷以及閥電流極性，無法精確地檢測到伺服電流信號的大小，以及流經線纜時的損耗。文章針對以上問題設計了伺服控制電流檢測裝置，該裝置根據控制系統(tǒng)的功率、信號輸出范圍、傳輸方式等特點，選擇合適的轉接插頭、航空插座、開關、微型電流表等部件，通過合理的邏輯布局組合實現伺服控制電流的檢測，最后通過功能驗證以及試驗應用表明伺服控制電流信號檢測裝置設計合理，檢測結果準確、可靠、使用安全，大大地降低了試驗調試與運行中的排故時間，使試驗運行效率大幅度提高。

關鍵詞：控制系統(tǒng);伺服閥;電流信號;效率

中圖分類號：V216? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）07-0151-04

Abstract： The static/fatigue test of aircraft structure is mainly composed of loading control system， hydraulic servo system， sensor and so on. the valve instruction output by the control system is a current signal， so it is called servo control current signal. In the process of test or debugging， due to human or accident， the servo control current signal output by the control system has some faults， such as error， interruption， reverse and so on. at present， it is checked by means of cross elimination. That is to say， the servo control cable， servo valve， control channel and so on are cross-replaced one by one， and Gao Liwa et al have developed a servo valve detection lamp， but this method can only detect the on-off of the servo valve cable and the polarity of the valve current. It is impossible to accurately detect the size of the servo current signal and the loss when flowing through the cable. In order to solve the above problems， a servo control current detection device is designed in this paper. According to the characteristics of the control system， such as power， signal output range， transmission mode and so on， the device selects suitable components such as transfer plug， aviation socket， switch， micro ammeter and so on. The detection of servo control current is realized by reasonable logical layout combination. Finally， the functional verification and experimental application show that the design of servo control current signal detection device is reasonable， and the detection results are accurate， reliable and safe to use. The troubleshooting time in test debugging and operation is greatly reduced， and the efficiency of test operation is greatly improved.

Keywords： control system; servo valve; current signal; efficiency

引言

飛機結構靜力/疲勞試驗是模擬飛機在實際飛行和地面滑行時的不同狀態(tài)下施加載荷，用以檢驗飛機結構強度是否滿足設計要求的一種試驗方法，是飛機研制過程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。通常，結構靜力/疲勞試驗主要由主控計算機、試驗載荷譜、加載控制系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)、載荷/位移傳感器、應變測量系統(tǒng)、結構試驗件等部分組成[1]。主控計算機按照編制好的試驗載荷譜對加載控制系統(tǒng)發(fā)出控制命令，加載控制系統(tǒng)驅動液壓伺服系統(tǒng)對試驗件進行加載，由應變測量系統(tǒng)對試驗件上的應變數據進行采集和保存。加載控制系統(tǒng)采用PID調節(jié)方式實現載荷控制、位移控制等多種變量進行控制。

隨著型號試驗的加載點越來越多，使用到的控制通道也隨之增加，在試驗調試和運行過程中控制回路的傳感器、傳感器線纜、伺服閥、伺服閥線纜因轉接、線路中斷等故障導致試驗調試速率減慢，疲勞試驗運行效率降低，傳感器輸入信號在協調加載控制設備中可通過載荷反饋直接判定其故障出處，伺服閥輸出信號控制設備無法監(jiān)視及檢測其傳輸過程是否受到干擾或中斷等信號輸出故障，以往檢測伺服閥輸出信號時采用交叉更換或紅綠發(fā)光二極管進行檢測，采用交叉更換方法往往需要耗費較多時間和物力，而紅綠發(fā)光二極管只能檢測伺服閥線纜通斷以及閥電流極性，無法檢測到伺服電流信號流經線纜時是否有損失，即信號強弱無法檢測[2]。如因線纜本身、外界環(huán)境等因素導致信號傳遞減弱，如若不能及時排查發(fā)現，將會對試驗造成一定的影響。

傳統(tǒng)的這種檢測方法有提升的空間，可以將檢測信號燈設計成可視化的電子信號檢測器，使用時能夠一目了然地看到實時傳遞的伺服電流輸出信號，以此來判斷伺服閥電流傳輸的準確性。本文對伺服閥信號故障進行分析與研究并設計了伺服控制電流型號檢測裝置，當控制設備給出閥指令而現場液壓作動筒動作與命令不匹配時可快速檢測閥輸出電流信號，判定伺服電流信號是否存在故障，出現信號被干擾或中斷等問題，以此提高試驗加載的準確性和高效性。

1 基本原理

結構強度試驗控制回路如圖1所示，從圖中可以看出伺服控制電流信號故障檢測點共①②③三處，即協調加載控制系統(tǒng)輸出端、轉接面板輸出端、伺服閥線纜接頭處。為達到檢測目的需設計一種可視化電流信號檢測器，能夠檢測不同接口的伺服控制電流信號。因控制系統(tǒng)輸出信號為電流型伺服控制信號，信號輸出范圍是-40mA～40mA[3]，可利用微型可視化數字直流電流表、信號轉換接頭、電源、信號開關、航空插頭（檢測①②處輸出信號）、航空插座（檢測③處輸出信號）等組成伺服控制電流信號檢測裝置，通過插頭對接的方式檢測伺服控制電流的大小，以此快速判斷伺服電流控制信號線纜通斷、閥電流的方向與極性，且具備實時顯示功能。

2 設計方案

伺服控制電流輸出信號的連接方式如圖2。從圖中可以看出伺服閥與控制系統(tǒng)通過伺服閥線纜與轉接面板相連接[4]。連接方式是：協調加載控制系統(tǒng)→控制系統(tǒng)輸出接頭→轉接面板接頭→伺服閥線纜插頭→伺服閥，伺服控制電流信號檢測裝置要檢測的是控制系統(tǒng)輸出端和轉接面板輸出端的B、E接頭，以及伺服閥對接口輸出端的A、B或C、D接頭，根據設計原理及試驗需求，選用微型直流電流表（電流表經專業(yè)機構標檢，型號為DC200mA DC 9-12V）檢測電流信號，根據實際使用的轉接插頭類型，將伺服控制電流信號檢測裝置的檢測接頭分為兩種，一種是MS3106A16S-8P型五芯插頭用以檢測控制系統(tǒng)輸出端和轉接面板輸出端的B、E，另一中是MS3102A14S-2P型四芯插座用以檢測伺服閥對接口輸出端的A、B或C、D。

伺服控制電流信號檢測裝置設計框圖如圖3所示，伺服控制電流信號檢測裝置與被檢測接頭對接方式如圖4所示，當需要檢測控制系統(tǒng)的伺服信號輸出和轉接面板伺服信號輸出時，將示意圖中的五芯插頭插到對應插座上，讀取閥電流信號，當需要檢測伺服閥線纜信號輸出時，將伺服閥線纜插頭插到示意圖中的四芯插座上，讀取閥電流信號，以此來判斷閥電流輸出是否正確。

具體檢測方法為：當控制系統(tǒng)輸出正向伺服控制電流信號時，電流表顯示閥電流為正值，當控制系統(tǒng)輸出負向伺服控制電流信號時，電流表顯示電流為負值。以此判斷伺服控制電流信號極性是否正確，即線纜輸出接頭順序是否正確。

當伺服控制回路不通或短路時，電流表顯示值為0。

當控制系統(tǒng)輸出正向伺服控制電流信號時，電流表顯示電流為正值且其值接近控制設備的理論輸出值，當控制系統(tǒng)輸出負向伺服控制電流信號時，電流表顯示電流為負值其值接近控制設備的理論輸出值[5]。如果電流表顯示電流值與理論值相差較大或顯示閥電流方向相反則表明伺服控制輸出回路有故障。

3 功能驗證與應用

3.1 功能驗證

根據設計方案組成伺服控制電流信號檢測裝置實物圖如圖5所示，通過對圖6中的控制系統(tǒng)輸出端、轉接面板及伺服閥線纜接頭進行功能驗證，結合控制設備通道配置測試了以下五種情況，結果見表1、表2及圖7所示。

從表1結果中可以看出斷開輸出信號與短接輸出信號時結果均為0mA，表明該通道伺服控制電流信號在傳輸過程中已斷開或短路[6]。

表2表明該通道的伺服控制電流輸出信號穩(wěn)定，線路傳輸基本無損耗。

3.2 試驗應用

飛機結構強度靜力/疲勞試驗目前主要采用的是伺服控制系統(tǒng)，伺服控制信號導致的故障均可以使用該裝置進行檢測，例如在某型號的全機疲勞試驗運行中，5#加載點在給出指令時液壓作動筒未按指令進行動作，經檢查傳感器信號反饋、液壓動力[7]、信號線纜等均正常，使用伺服控制電流信號從伺服閥線纜接頭分段檢測時發(fā)現該伺服閥線纜內部已被壓斷，外表無明顯變化，該裝置快速的排查了故障出處，并進行更換線纜，試驗快速正常運行，在某型號靜力試驗調試時，控制系統(tǒng)給出16#加載點正指令，現場對應作動筒向相反方向動作，經檢測后發(fā)現伺服控制信號接頭反接導致。

4 結果

該裝置在檢測過程中主要針對目前所使用伺服閥檢測燈的不足，通過新的方法與思路設計伺服控制電流檢測裝置，通過功能測試與應用表明該裝置測試結果準確，其可視化功能具有直接顯示伺服控制電流信號大小的優(yōu)點，可快速定位故障原因與出處，在應用中能快速排查故障，提高了試驗的運行效率。

5 結論

在實際工作中，伺服控制電流信號檢測裝置應用非常廣泛有效，特別適用于加載點較多的試驗調試過程中，有效的提高了試驗調試效率，為后續(xù)正式試驗提供了更多的寶貴時間，因此從該裝置的設計、功能驗證以及應用可以得出以下結論：（1）伺服控制電流檢測裝置操作簡便，電路設計符合應用原理且電子元器件使用少。（2）可直接輸出檢測伺服控制電流信號的極性方向以及大小，具有可視化的優(yōu)點。（3）快速檢測故障位置且定位準確。（4）檢測結果準確可靠，穩(wěn)定性強，在伺服控制系統(tǒng)的結構強度靜力/疲勞試驗中可廣泛使用。

參考文獻：

[1]李健，趙俊杰.結構疲勞試驗控制系統(tǒng)關鍵技術[J].測控技術，2013，32（12）：83-86.

[2]黃德先.過程控制系統(tǒng)[M].清華大學出版社，2011.

[3]MTS System Corporation. MTS Fatigue Testing Solutions[Z]. 2011.

[4]MTS System Corporation. Aerospace Testing Solutions[Z]. 2012.

[5]周德新，等.飛行參數在線自動監(jiān)測技術的研究[J].計算機測量與制，2015（23）：2689-2691.

[6]盧京潮.自動控制原理[M].西北工業(yè)大學出版社，2004.

[7]樓錫銀.液壓傳動及控制技術[M].浙江大學出版社，2012.