CN104635092A - 机电伺服***检测装置及检测方法 - Google Patents

机电伺服***检测装置及检测方法 Download PDF

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史晨虹
陈俊杰
梁军
张中哲
郑华义
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Abstract

本发明提供了一种机电伺服***检测装置及检测方法。根据本发明的机电伺服***检测装置，包括终端控制设备和功率电源，其中，终端控制设备包括与机电伺服***通信并控制功率电源的工控机和显示检测结果的显示设备。根据本发明的机电伺服***检测装置及检测方法，通过设置终端控制设备和功率电源，终端控制设备的工控机控制与机电伺服***通信，并控制功率电源对机电伺服***提供动力电，在检测过程中，仅需要将工控机的通信总线和功率电源的电源线与机电伺服***对应连接，即可完成检测，操作方便简单；而且本发明可以同时对多个机电伺服***检测，一次可以完成飞行器例如运载火箭的各级机电伺服***检测。

Description

机电伺服***检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及机电伺服***检测领域，具体而言，涉及一种机电伺服***检测装置及检测方法。
背景技术
对运载火箭及其有效载荷飞行器等的飞行控制执行闭环***一般统称为机电伺服***，机电伺服***的典型应用包括推力矢量控制***与气动力矩控制***。推力矢量控制就是摇摆发动机或发动机喷管实现对火箭的姿态控制，而气动力矩控制就是摆动各种气动舵面实现对大气层内飞行器的空气动力控制，进而实现对其姿态的控制。火箭发动机以固体可燃烧药柱为燃料，具备存储时间长，维护性好，使用准备时间短，使用灵活等优点，是目前世界上主流的火箭发展方向之一。相应的，机电伺服***因其具有组成与结构简单，产品储存性好等优点，非常适用于运载火箭的各级伺服控制。
机电伺服***主要由机电作动器、伺服控制驱动器、伺服动力电源以及连接各部分的电缆网等部分组成。其中火箭飞行工作使用的伺服动力电源为整个***提供初级直流电能的化学电源，为一次性使用产品，其可靠性由设计与质量管理流程保证，平时无法进行测试。而其他产品作为在地面上可以重复使用的产品，在火箭定期检测与发射使用前，均应进行测试，如发现故障必须进行有效诊断定位，而如何快速检测机电伺服***成为实际使用中的一个关键问题。
发明内容
本发明旨在提供一种操作简单的机电伺服***检测装置及检测方法。
本发明提供了一种机电伺服***检测装置，包括终端控制设备和功率电源，其中，终端控制设备包括与机电伺服***通信并控制功率电源的工控机和显示检测结果的显示设备。
进一步地，工控机包括用于与机电伺服***通信的1553B总线板卡，用于与功率电源通信的CAN总线板卡，以及提供机电伺服***控制用电的28V控制电源。
进一步地，机电伺服***检测装置还包括可移动机柜。
进一步地，功率电源包括用于与CAN总线板卡通信的CAN总线控制器。
进一步地，功率电源还包括受CAN总线控制器控制的剩余电量释放回路。
进一步地，剩余电量释放回路包括泄放电阻、接触器和继电器；泄放电阻的两端分别与功率电源的正负极连接，接触器与泄放电阻串联以控制泄放电阻，CAN总线控制器通过继电器控制接触器。
本发明还提供了一种机电伺服***检测方法，包括：将前述机电伺服***检测装置与机电伺服***对应连接；对机电伺服***进行故障检测；对机电伺服***进行性能检测；释放机电伺服***检测装置的功率电源的剩余电量。
进一步地，对机电伺服***进行故障检测包括检测预设状态信息，并根据预设算法判断故障类型和故障位置。
进一步地，对机电伺服***进行性能检测包括检测预设参数，并对预设参数处理得到相应的性能指标。
根据本发明的机电伺服***检测装置及检测方法，通过设置终端控制设备和功率电源，终端控制设备的工控机控制与机电伺服***通信，并控制功率电源对机电伺服***提供动力电，在检测过程中，仅需要将工控机的通信总线和功率电源的电源线与机电伺服***对应连接，即可完成检测，操作方便简单；而且本发明可以同时对多个机电伺服***检测，一次可以完成飞行器例如运载火箭的各级机电伺服***检测。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明的机电伺服***检测装置的原理图；
图2是根据本发明的电伺服***检测装置的剩余电量释放回路的原理图；
图3是根据本发明的电伺服***检测方法的故障检测方框图；
图4是根据本发明的电伺服***检测方法的性能检测方框图；
图5是根据本发明的电伺服***检测方法的上电和断电流程图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，以典型的运载火箭机电伺服***测试情形来说明本发明的机电伺服***检测装置，图1中的运载火箭有两级助推级和上面级有效载荷飞行器，固体助推级的机电伺服***用于推力矢量控制，上面级飞行器的机电伺服***用于气动力矩控制。
结合图1所示，本发明的机电伺服***检测装置，包括终端控制设备10和功率电源20，其中，终端控制设备10包括与机电伺服***通信并控制功率电源20的工控机11和显示检测结果的显示设备12。即本发明通过设置终端控制设备10和功率电源20，终端控制设备10的工控机11控制与各级机电伺服***通信，并控制功率电源20对机电伺服***提供动力电，在检测过程中，仅需要将工控机11的通信总线和功率电源20的电源线与机电伺服***对应连接，即可完成检测，操作方便简单；而且本发明可以同时对多个机电伺服***检测，一次可以完成飞行器例如运载火箭的各级机电伺服***检测。
具体地，工控机11包括用于与机电伺服***通信的1553B总线板卡111，用于与功率电源20通信的CAN总线板卡112，以及提供机电伺服***控制用电的28V控制电源113和一些相应的外设如鼠标键盘等。优选地，终端控制设备10包括工控机11和显示设备12等相应部分都集成到一台加固的可移动机柜内，以方便移动。
在工控机中，28V控制电源113负责在测试过程中为运载火箭的各级机电伺服***提供控制用电；1553B总线板卡111负责与运载火箭的各级机电伺服***的RT站点完成数字总线通信；CAN总线板卡112负责与设置在地面的功率电源20建立数字总线通信，发送指令要求并接收状态反馈信息；工控机11内运行***一体化诊断与测试软件程序，通过人机交互接口操作人员可完成全部相应故障诊断与功能、性能测试。
功率电源20包含为运载火箭上各级机电伺服***供电的电源模块及其CAN总线控制器21，CAN总线控制器21负责接收终端控制设备10发送的各级功率电源20启动、停止与剩余电量释放等信号，并将终端控制设备10发送的信号经过软件协议解析，发送到对应的电源模块，同时将对应电源模块的状态信息反馈给终端控制设备10。通过CAN总线传输的信号包括两类：控制终端发送的各种动作指令信号和地面电源反馈的状态信息信号。其中终端控制设备10发送到CAN总线控制器21的各种动作指令信号包括各级电源的启动指令、输出电压调节参数、功率限幅参数、电流限幅参数、电源断电指令和剩余电量释放指令。电源模块反馈给终端控制设备10的状态信息包括各级电源当前启停状态、输出电压、输出电流与剩余电量状态等信息。
结合图1所示，如果各级机电伺服***采用并行的测试方案，则需要分别为各级机电伺服***配套各自的地面功率电源20，如果采用串行的测试方案，则只需提供一套地面功率电源20，只要确保其功率级别、供电电压与输出电流包络运载火箭上的各级机电伺服***的使用要求。优选地，结合图2所示，每套功率电源上配备有各自独立的剩余电量释放回路22，用于释放检测完成后的功率电源和电容的剩余电量。
具体地，结合图2所示的剩余电量释放回路22的原理图可知，剩余电量释放回路22包括泄放电阻221、接触器222和继电器223；泄放电阻221的两端分别与功率电源20的正负极连接，接触器222与泄放电阻221串联以控制泄放电阻221，CAN总线控制器21通过放大I/O口的信号，进而控制继电器223使接触器222闭合，从而使泄放电阻221所在回路导通。
结合图3至5所示，本发明还提供了一种机电伺服***检测方法，主要包括如下步骤：将前述机电伺服***检测装置与机电伺服***对应连接；对机电伺服***进行故障检测；对机电伺服***进行性能检测；释放机电伺服***检测装置的功率电源的剩余电量。
具体地，结合图1所示，首先将机电伺服***检测装置与各级机电伺服***的电缆网对接，主要包括一根28V控制供电与1553B数字总线电流，其连接关系为控制终端与运载火箭各级机电伺服***相连；一根CAN总线通信电缆，其连接关系为控制终端与地面电源的CAN控制器相连；数根直流功率输出电缆，其连接关系为地面电源与运载火箭各级机电伺服***对应部分相连。
故障检测主要过程为，当运载火箭停放好，具备测试状态时，将本发明的机电伺服***的终端控制设备10和功率电源20放置到适当位置，操作人员将相应电缆连接关系连接好，并完成确认。状态就绪后，启动终端控制设备10的工控机11，进入操作界面，可以开始火箭机电伺服***的诊断与测试。通过程序开启28V控制电源113后，火箭各级机电伺服***获得28V供电后自动启动控制程序，而后1553B数字总线根据预先制定的协议，完成与运载火箭各级机电伺服***的1553B总线通信。
如图3所示，建立通信后，在启动机电伺服***功能、性能测试前，通过1553B总线接收到的各级机电伺服***反馈的状态信息，首先完成上电诊断，判断***是否存在故障。图3方框图中上面显示了各级机电伺服***通过1553B数字总线反馈的状态信息，主要包括线位移传感器状态信息、电机转子位置状态信息、电机转速状态信息、电机交轴电流状态信息、电机直轴电流状态信息、电机A相电流状态信息、电机B相电流状态信息、伺服控制驱动器总线状态信息、控制及功率供电状态信息等。终端控制设备10通过对状态反馈信息的根据相应的算法自动综合判断，可以判断当前每一级机电伺服***是否存在故障，如果存在故障，则可以判断出故障类型，并停止对应的故障伺服***的后续操作。
如果上述操作未发现各级机电伺服***存在故障，则进行后续的功能与性能测试。此时需要根据预先制定的测试规范，通过控制终端的操作界面调节各级伺服地面电源的供电电压与限幅保护值，依次启动地面电源，令其输出供电电压到对应的各级机电伺服***上。上述操作就绪后，可以进行各级机电伺服***的全部功能、性能测试。
如图4方框图所示，上面为运载火箭机电伺服***的性能检测项目，中间为测试项目的主要参数信息。操作人员利用控制终端操作界面，可以选择自动测试或手动选择测试。在测试过程中，***会通过1553B总线自动接收各级机电伺服***反馈的参数数据，在测试结束后自动保存所有参数信息，同时绘制出测试结果曲线。同时，在功能、性能的测试过程中，如3所示的所有状态信息仍会同步采集并处理，即在测试过程中持续监测***是否发生故障。一旦发生故障，首先停止对***的测试，并切断功率供电电源，保护人员与设备的安全。而后控制程序会利用综合判据自动定位故障类型。
在完成全部的测试后，则需要切断功率电源20的输出，并将电容中的剩余电量释放掉。其过程如图5所示，首先终端控制设备10通过CAN总线向地面电源的CAN总线控制器发送断电指令，CAN总线控制器收到指令后会通过自身软件解析将指令分发到相应的电源模块，电源模块收到指令后会停止电压输出。而后，终端控制设备10通过CAN总线向功率电源20的CAN总线控制器发送剩余电量释放指令，收到指令后，CAN总线控制器通过功率放大的IO信号控制各级电源模块的继电器223，继电器223进而控制接触器222，接触器222闭合后电容中的剩余电量通过泄放电阻221泄放，泄放完成后接触器222断开，释放动作完成。
如图5所示，整个***的上电、断电及断电过程都为程序顺序控制，即上电时，首先接通28V控制电源，然后接通功率电源；断电时，首先断开功率电源，然后释放功率电源剩余电量，在断开28V控制电源。如果上一步没有完成，程序不允许进行下一步的操作，由此可以确保不因人为误操作损坏机电伺服***产品。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
根据本发明的机电伺服***检测装置及检测方法，通过设置终端控制设备和功率电源，终端控制设备的工控机控制与机电伺服***通信，并控制功率电源对机电伺服***提供动力电，在检测过程中，仅需要将工控机的通信总线和功率电源的电源线与机电伺服***对应连接，即可完成检测，操作方便简单；而且本发明可以同时对多个机电伺服***检测，一次可以完成飞行器例如运载火箭的各级机电伺服***检测。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种机电伺服***检测装置，其特征在于，包括终端控制设备(10)和功率电源(20)，其中，所述终端控制设备(10)包括与机电伺服***通信并控制所述功率电源(20)的工控机(11)和显示检测结果的显示设备(12)。
2.根据权利要求1所述的机电伺服***检测装置，其特征在于，
所述工控机(11)包括用于与所述机电伺服***通信的1553B总线板卡(111)，用于与所述功率电源(20)通信的CAN总线板卡(112)，以及提供所述机电伺服***控制用电的28V控制电源(113)。
3.根据权利要求1或2所述的机电伺服***检测装置，其特征在于，
所述机电伺服***检测装置还包括可移动机柜。
4.根据权利要求2所述的机电伺服***检测装置，其特征在于，
所述功率电源(20)包括用于与所述CAN总线板卡(112)通信的CAN总线控制器(21)。
5.根据权利要求4所述的机电伺服***检测装置，其特征在于，
所述功率电源(20)还包括受所述CAN总线控制器(21)控制的剩余电量释放回路(22)。
6.根据权利要求5所述的机电伺服***检测装置，其特征在于，
所述剩余电量释放回路(22)包括泄放电阻(221)、接触器(222)和继电器(223)；所述泄放电阻(221)的两端分别与所述功率电源(20)的正负极连接，所述接触器(222)与所述泄放电阻(221)串联以控制所述泄放电阻(221)，所述CAN总线控制器(21)通过继电器(223)控制所述接触器(222)。
7.一种机电伺服***检测方法，其特征在于，包括：
将权利要求1至6中任一项所述的机电伺服***检测装置与机电伺服***对应连接；
对所述机电伺服***进行故障检测；
对所述机电伺服***进行性能检测；
释放所述机电伺服***检测装置的功率电源(20)的剩余电量。
8.根据权利要求7所述的机电伺服***检测方法，其特征在于，
对所述机电伺服***进行故障检测包括检测预设状态信息，并根据预设算法判断故障类型和故障位置。
9.根据权利要求8所述的机电伺服***检测方法，其特征在于，
对所述机电伺服***进行性能检测包括检测预设参数，并对所述预设参数处理得到相应的性能指标。
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