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        某起豎機(jī)構(gòu)起豎速度過慢誤報(bào)警問題分析與對策

        2020-12-26 02:04:52王志勇李博劉海陽
        工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2020年24期
        關(guān)鍵詞:圈數(shù)角速度編碼器

        王志勇,李博,劉海陽

        (北京航天發(fā)射技術(shù)研究所,北京100076)

        1 引言

        起豎機(jī)構(gòu)在起豎動(dòng)作過程中,需要對起豎角速度進(jìn)行監(jiān)測,以判斷整個(gè)起豎過程中機(jī)構(gòu)是否按預(yù)設(shè)速度進(jìn)行,進(jìn)而確認(rèn)起豎執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否正常工作。本文以一起數(shù)據(jù)截?cái)嗾`差導(dǎo)致某起豎機(jī)構(gòu)起豎速度過慢的誤報(bào)警故障為例,通過對數(shù)據(jù)處理方式分析以及試驗(yàn)驗(yàn)證,確定故障原因,并針對此類故障提出了相應(yīng)的抑制措施,提高設(shè)備的可靠運(yùn)行水平。

        2 起豎系統(tǒng)原理及故障現(xiàn)象

        起豎控制系統(tǒng)一般采用軸角傳感器測量起豎耳軸旋轉(zhuǎn)角度,獲取起豎角度,作為起豎到位的判定。過程中,起豎控制器基于起豎角度進(jìn)行差分計(jì)算,以獲取起豎機(jī)構(gòu)的角速度,根據(jù)不同起豎角度設(shè)定不同起豎目標(biāo)速度,并進(jìn)行速度閉環(huán)控制,輸出對應(yīng)的液壓控制量,驅(qū)動(dòng)起豎液壓缸伸出,以實(shí)現(xiàn)整個(gè)起豎過程平穩(wěn)快速動(dòng)作。同時(shí),起豎過程中對角速度進(jìn)行閾值判斷,確認(rèn)過程中是否存在速度過快的失控現(xiàn)象,或者速度過慢的機(jī)構(gòu)卡滯故障。

        某起豎機(jī)構(gòu)在起豎過程中,報(bào)警起豎角速度過慢,起豎過程異常中止。該機(jī)構(gòu)起豎角速度過慢報(bào)警的觸發(fā)條件是3s內(nèi)角度變化不超過1.2′。檢測該起豎速度數(shù)據(jù)曲線,發(fā)現(xiàn)起豎角速度存在突變現(xiàn)象,如圖1 所示。該起豎機(jī)構(gòu)的軸角傳感器采用CANopen 接口多圈光電編碼器,起豎控制器采用32 位計(jì)算機(jī)。

        圖1 異常速度曲線

        3 問題分析和對策

        3.1 問題分析

        對異常機(jī)構(gòu)起豎過程記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,光電編碼器CAN 總線輸出的原始值數(shù)據(jù)曲線平滑,并無突變現(xiàn)象。基于此原始數(shù)據(jù),在實(shí)驗(yàn)室利用控制器和相應(yīng)軟件進(jìn)行模擬,發(fā)現(xiàn)經(jīng)軟件處理后的起豎角度值呈階梯狀變化,以角度29°~30°為例,起豎角度如圖2 所示,以此起豎角度數(shù)據(jù)計(jì)算出的角速度存在突變,與故障現(xiàn)象相符。

        圖2 異常起豎角度

        進(jìn)一步分析計(jì)算機(jī)軟件使角度值呈階梯狀變化的原因。多圈編碼器的單圈分辨率為 65 536(16 位),最大圈數(shù)4 096 圈。多圈編碼器原始值包括圈數(shù)和單圈角度分辨值,控制器軟件對原始值的處理方法如下:

        1)按式(1)實(shí)時(shí)計(jì)算多圈編碼器絕對角度值N:

        式中,Q 為多圈編碼器圈數(shù);n 為多圈編碼器單圈內(nèi)角度分量。

        2)在機(jī)構(gòu)回平狀態(tài)下,存儲多圈編碼器絕對角度值N0,作為起豎角度的基準(zhǔn)值;

        3)起豎過程中,按式(2)實(shí)時(shí)計(jì)算起豎角度U:

        多圈編碼器絕對角度值據(jù)存儲為float 型,二進(jìn)制占32位,其中數(shù)據(jù)占23 位,數(shù)據(jù)中包括整數(shù)和小數(shù),若整數(shù)占位多,則小數(shù)占位少。編碼器圈數(shù)、角度值整數(shù)占位、小數(shù)占位對應(yīng)關(guān)系如表1 所示。

        表1 編碼器圈數(shù)、角度值整數(shù)占位、小數(shù)占位對應(yīng)關(guān)系

        由表1 可知,隨著編碼器圈數(shù)的增大,數(shù)據(jù)處理的分辨率逐漸變差,截?cái)嗾`差逐漸增大[1]。編碼器單圈分辨率65 536(16位),相當(dāng)于360/65 535=0.005 49°,好的數(shù)據(jù)處理,其可分辨的最小角度應(yīng)小于編碼器自身分辨角度。

        異常機(jī)構(gòu)光電編碼器CAN 總線輸出的原始值圈數(shù)為4 094~4 095,控制器軟件最小可分辨0.125°,角度變化存在較大階躍,在差分計(jì)算角速度速度時(shí),導(dǎo)致速度突變,角度變化越緩慢,角速度突變現(xiàn)象越明顯。

        起豎動(dòng)作為角速度閉環(huán)控制,起豎過程中實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前角速度值,與設(shè)定的目標(biāo)角速度值進(jìn)行比較,軟件根據(jù)其差值調(diào)整比例流量閥的控制量,并且在接近起豎目標(biāo)角度時(shí),為避免震蕩,使機(jī)構(gòu)緩慢減速,控制量只減小,不增加。正常情況下,計(jì)算得出的角速度與設(shè)定的目標(biāo)角速度擬合較好,控制量緩慢調(diào)節(jié)直至機(jī)構(gòu)進(jìn)入精度范圍;異常情況下,計(jì)算得出的角速度存在突變,其數(shù)值遠(yuǎn)大于設(shè)定的目標(biāo)角速度。軟件根據(jù)比較結(jié)果,快速減小控制量,一旦控制量減小至比例流量閥死區(qū)值,則機(jī)構(gòu)動(dòng)作極其緩慢或停止動(dòng)作,產(chǎn)生起豎角速度過慢誤報(bào)警。

        綜上所述,起豎速度過慢誤報(bào)警問題的原因?yàn)榫幋a器安裝圈數(shù)過大,計(jì)算過程角度數(shù)據(jù)過大,影響控制軟件數(shù)據(jù)處理的分辨率,起豎角度截?cái)嗾`差過大,進(jìn)而導(dǎo)致計(jì)算角速度存在突變,起豎閉環(huán)控制異常。

        3.2 處理對策

        起豎機(jī)構(gòu)量產(chǎn)過程中,起豎編碼器安裝后,其安裝圈數(shù)是隨機(jī)值,如果將所有編碼器的安裝圈數(shù)調(diào)小,必然帶來巨大的工作量,因此人工調(diào)整編碼器安裝圈數(shù)不可行。在此情況下,為避免出現(xiàn)計(jì)算過程出現(xiàn)大角度數(shù)據(jù)影響數(shù)據(jù)處理分辨率的問題,可采用如下起豎角度處理方法:

        1)在機(jī)構(gòu)回平狀態(tài)下,存儲多圈編碼器圈數(shù)和單圈內(nèi)角度分量,作為起豎角度的基準(zhǔn)值;

        2)起豎過程中,按式(3)實(shí)時(shí)計(jì)算起豎角度:

        軟件完善后,通過對實(shí)際起豎機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)驗(yàn)證,角速度曲線平滑,已無突變現(xiàn)象。

        4 結(jié)語

        本文通過某起豎機(jī)構(gòu)起豎速度過慢誤報(bào)警問題的分析、處理和驗(yàn)證,說明了數(shù)據(jù)處理截?cái)嗾`差的影響和應(yīng)對方法。截?cái)嗾`差是計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理過程中必然存在的一種特性,在計(jì)算數(shù)值較大,尤其在差分計(jì)算時(shí),其影響將被放大,甚至影響系統(tǒng)正常運(yùn)行,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以關(guān)注。數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)過程中,應(yīng)對處理方法進(jìn)行優(yōu)化,盡量避免較大數(shù)值的數(shù)據(jù)產(chǎn)生。

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