控制系统的故障诊断及容错控制简介

控制器故障诊断

FANUC-Robot控制器故障诊断 错误分类概述 * 错误分类的目的是为了更容易地进行故障诊断。 * 每一次故障诊断前都要进行错误分类。 * 识别错误以及症状的类别，要先于故障诊断。 * 每一类错误在机器人操作中都同等严重。 * 错误类型分为： ?第一类错误 ?第二类错误 ?第三类错误 ?第四类错误 第一类错误慨述 * 症状 ?控制器死机 ?示教盒屏幕空白 * 潜在的原因 ?控制器AC 电源存在问题 ?断开器的问题 ?变压器的问题 ?控制器DC 电源线路的问题 ?电缆线问题 ?示教盒/缆线问题 ?电源供给单元损坏 ?电源供给单元保险丝熔断 ?开/关电路的问题 ?面板电路板保险丝 第二类错误概述 * 症状 ?示教盒锁死，没反应 * 潜在的原因 ?软件故障 ?主板的问题 @ CPU 模块，连同DRAM

@ FROM/SRAM 模块 ?示教盒/缆线/ISB 单元的问题 ?PSU 或者底板（激活信号）的问题 ?辅助轴控制卡的问题 第三类错误概述 * 症状 ?错误指示灯亮 ? KM1和KM2 关闭，因此伺服没有电源 ?屏幕上显示诊断信息 * 潜在的原因 ?伺服放大器的问题 ?马达/SPC 的问题 ?编码器/制动模块的问题 ?紧急停止线路的问题 ?紧急停止线路板的问题 ?紧急停止单元，连带KM1 和KM2 的问题 ?面板电路板的问题 ?缆线问题 第四类错误概述 * 症状 ?机器人只能在手动模式下工作 ?能够从示教盒运行程序 * 可能的原因 ?通讯或输入/输出的问题 @ 与PLC 之间没有通信 @ 行程开关等损坏 ?不正确的当地/远程开关设置，软件控制的。六控制器维修 1 无法开机

电气控制系统故障分析诊断及维修技巧

电气控制系统故障分析诊断及维修技巧 发表时间：2016-11-07T14:10:38.820Z 来源：《电力设备》2016年第16期作者：刘庚 [导读] 所以我们必须加大电气控制系统故障分析和维护力度，以此使其使用更加安全，运行更加可靠，进而提高控制效果与水平。 （福建晋江天然气发电有限公司福建省晋江市 362251） 摘要：随着科学技术的不断发展，各种自动控制设备也随着不断的发展和完善，这些设备离不开最基本的电气控制线路，也逐渐的被人们所熟悉掌握。和发达国家相比，我国对电气控制线路控制技术的研究较晚，发展速度也比较慢。近年来通过引进、吸收、消化，明显的提高了电气控制线路技术发展速度。由于电气的控制系统线路较多，线路发生的故障点比较隐蔽，所以影响了电气控制线路的稳定发展。文章分析了电气控制系统的常见故障及其危害，探讨了电气控制系统故障分析诊断及维修技巧。 关键词：电气控制系统；故障诊断；维修技巧 引言 众所周知，电气控制系统在确保电气设备有序运行、高效工作中发挥了不容忽视的重要作用，这一点不可否认，然而在具体应用中，电气控制系统不可避免的会出现各类故障，从而对系统自身、相关设备以及非故障设备构成威胁。所以我们必须加大电气控制系统故障分析和维护力度，以此使其使用更加安全，运行更加可靠，进而提高控制效果与水平。 一、电气控制系统常见故障及其危害 1、电气控制系统常见故障分析 有一些典型的电气控制系统故障可以为我们带来启示，从中获取故障检修经验，避免系统因故障更产生严重后果。引发电气控制系统故障的原因有许多，绝大多数体现在设计上的错误，以及设备安装质量低、设备自身缺陷等，常见的几种系统故障为：（1）过负载。过负载故障体现为电气控制系统中的电机电流超过了额定电流，引发电机过负载故障诱因有很多，例如负载、电压骤然大幅度增高、电机缺相运行等。（2）形式不同的短路。短路故障包括两相短路、三相短路、一相接地短路以及电机或变压器一相绕组中的匝间短路等。（3）过电流。过电流指的是电器元件或电动机超过了限定电流的运行状态，通常比短路电流要小，很少超过6In，过电流故障的原因多来源于错误的起动及负载转矩过高等。（4）电源缺相。交流异步电动机在常规工作当中，因为三相电源包含的一相熔断器熔断所引发的电动机缺相运行。 2、故障的危害 想要真正了解电气控制系统故障，其发生后的危害也有必要了解。（1）电气控制系统在正常运行中，绝缘破损或者接线错误及负载短路后，短路时形成瞬时故障电流可激增到额定电流的数十倍以上，使配电线路或电气设备因过流所生成的电动力而遭到损毁，甚至造成火灾。（2）电流过大不仅会中止电器控制系统，还可能让电气设备遭到损坏，进而引起电动机转矩过大，让机械转动部件破损。（3）交流异步电动机在缺相电源低速运行或堵转时，其产生的定子电流十分强劲，遇到故障会让电动机绕组烧毁。（4）电气控制系统发生故障还可能导致电网电压降低，直接波及到其他设备或用户，让正常工作与生产遭到破坏，严重时会使配电系统彻底瘫痪。 二、电气控制系统故障诊断分析性 1、调查研究法 对电气控制线路的故障诊断调查研究法可以让故障检测人员有效而且快速的对故障性质、范围以及类型进行判断掌握，使工作人员可以迅速的做出故障准确诊断，把在检修诊断过程中的盲目性降低。调查研究法的主要方式是：第一点是问，故障诊断人员向操作电气设备的人员询问在故障发生之前、发生中和发生后的电气线路状况，问的内容应该是在电气控制线路发生事故前有没有冒烟、冒火、有无响声、发生频率、在事故发生之前有没有停机、过载或者高频率启动现象，有没有更换过原件、是否私下维修等等问题，从这些问题中可以知道，调查研究法的最主要的判断故障方式就是问，通过问就可以大致的判断出故障发生的部位以及发生故障原因等。第二点是望，望就是要对发生故障的设备部位进行观察，看的主要部分就电气设备的外观，看电气设备是否有可能会有故障发生的预兆，比如短路、接地、线路松动、断线等状况。第三点是闻，电气线路中如果出现烧坏等现象，维修人员就可以通过闻的方式进行判断，从而准确的判断线路故障发生的性质和部位。第四点是摸，在摸的时候，必须要保证电流已经切断，触摸线路是否发热，确定该条线路是否在正常运营。 2.2原理图、逻辑分析法 运用逻辑分析法的根据是控制线路中工作原理的关系和环节，并且根据线路故障的现象进行具体的分析，把检查的范围迅速缩小，从而确定故障的发生部位。运用逻辑分析法的主要前提是要根据系统电路原理图分析，准确判断故障所在的位置，使用逻辑分析法的目的是比较快捷方便，因此逻辑分析法比较适用于有复杂线路的故障检查中。由于复杂的线路中经常会有许多电气零件以及接线，如果检查维修人员逐一检查，不仅工作量大、时间长，且容易出现差错。 检查维修人员在使用逻辑分析法进行线路检查时，应该按照相应管理图纸对线路故障进行具体分析，准确的找到故障所在的位置。逻辑分析法可以帮助维修人员快速的把复杂问题进行分析，把一些比较专业复杂的问题变得简单化，避免检查人员莽撞的检查，使尽快的排除故障。 2.3实验法 实验法就是需要对电气控制线路进一步检查时，或是使用常规检查无法判断故障的时候，可以对电气控制线路的故障进行通电实验检查。但是实验法使用前提是不能把电气设备和机械设备损坏，不能把事故的范围进行扩大化。 在进行实验之前，应该尽量的把传动机与电动机分开，调节器里的相关开关在零位，把开关还原的最初的位置。如果传动机和电动机无法彻底分开，可以把主线路切断，根据检查中的实际需要把其它部位的线路也切除掉，把检查的范围进一步的缩小，同时也是为了避免故障进一步的扩大，避免意外情况的发生。如果要把电气设备打开，应该在操作设备的人员的配合下打开。 三、电气控制系统故障维修技巧探讨 1、通过有效充分利用排查的方式进行维修 利用排查法进行维修是最基本的方法，它的主要内容涉及故障代码的研究和分析、系统的自排查过程、万能表排查和短路排查四种方法。由于上述已经涉及相关内容的探讨，在这里不再多加赘述。

容错控制的研究现状

容错控制的研究现状 容错控制研究的是当系统发生故障是的控制问题，因此必须首先明确故障的定义。故障可以定义为：“系统至少一个特性或参数出现较大偏差，超出了可以接受的范围，此时系统性能明显低于正常水平，难以完成系统预期的功能”[28]。而一直以来，对容错控制并没有一个明确的定义。这里给出一个比较容易理解的概念，即所谓容错控制是指当控制系统中的某些部件发生故障时，系统仍能按期望的性能指标或性能指标略有降低（但可接受）的情况下，还能安全地完成控制任务。容错控制的研究，使得提高复杂系统的安全性和可靠性成为可能。容错控制是一门新兴的交叉学科，其理论基础包括统计数学、现代控制理论、信号处理、模式识别、最优化方法、决策论等，与其息息相关的学科有故障检测与诊断、鲁棒控制、自适应控制、智能控制等。 容错控制方法一般可以分成两大类，即被动容错控制(passive FTC)和主动容错控制(active FTC)。被动容错控制通常利用鲁棒控制技术使得整个闭环系统对某些确定的故障具有不敏感性，其设计不需要故障诊断，也不必进行控制重组，其一般具有固定形式的控制器结构和参数。但常常由于故障并不是经常发生的，其设计难免过于保守，并且其性能也不可能是最优的，而且一旦出现不可预知故障，系统的性能甚至稳定性都可能无法保障[29-31]。但它可以避免在主动容错控制当中由于需要检测诊断故障以及重组控制律造成的时间滞后，而这在时间要求严格的系统控制中是很重要的，因此被动容错控制在故障检测和估计阶段是必须的，它可以保证在系统切换至主动容错控制之前系统的稳定性[29-31]。主动容错控制可以对发生的故障进行主动处理，其利用获知的各种故障信息，在故障发生后重新调整控制器参数，甚至在某些情况下需要改变控制器结构。主动容错控制大多需要故障诊断（FDD）子系统，这正是其优于被动容错控制之处。Patton教授有一著名论断，即“离开了FDD单元，容错控制所能发挥的作用就会非常有限，只能对一些特殊类型的故障起到容错的作用”[20]。 （1）被动容错控制 被动容错控制基本思想就是在不改变控制器和系统结构的条件下，从鲁棒控制思想出发设计控制系统，使其对故障不敏感。其特点是不管故障发生不发生，它都采用不变的控制器保证闭环系统对特定的故障具有鲁棒性。因此被动容错控制不需要故障诊断单元，也就是说不需要任何实时的故障信息。从处理不同类型故障分，被动容错控制有可靠镇定、联立镇定和完整性三种类型。 可靠镇定是针对控制器故障的容错控制。其研究思想始于Siljak 在1980 年[2]提出的使用多个补偿器并行镇定一个被控对象。之后一些学者又对该方法进行了深入研究[32-34]。文[32]针对单个被控对象证明了当采用两个补偿器时，能够可靠镇定的充要条件是被控对象是强可镇定的。但条件若不满足，补偿器就会出现不稳定的极点，闭环系统就不稳定；另一方面，即使条件满足并有解，如何设计这两个补偿器也是极其困难的。文[33]做了进一步研究，给出了两个动态补偿器的参数化设计方法，能够得到可靠镇定问题的解，从而部分解决了上

容错控制理论及其应用

第26卷　第6期2000年11月自　动　化　学　报A CT A A U T OM A T ICA SI NI CA V o l.26,N o.6N ov.,20001)国家自然科学基金、“八六三”计划与教育部资助项目.收稿日期　1999-03-08 收修改稿日期　1999-10-11 综述 容错控制理论及其应用 1)周东华 (清华大学自动化系　北京　100084)　Ding X (Lausitz 大学电气工程系　德国) (E-mail:ZDH @m ail.au.tsin https://www.wendangku.net/doc/c517298729.html,) 摘　要　介绍了经典容错控制的主要研究成果及近年来发展起来的鲁棒容错控制和非线性 系统的故障诊断与容错控制,并给出了容错控制的一些典型应用成果.最后,指出了该领域 亟待解决的一些热点与难点问题. 关键词　动态系统,容错控制,故障诊断,集成,鲁棒性. THEORY AND APPLICATIONS OF FAULT TOLERANT C ONTROL ZHOU Donghua (Dep t .of A utomation ,Tsing hua Univer sity ,Beij in g 100084) DING X (De p t .of E E ,L ausitz Univ .,Ger ma ny ) Abstract A survey of fault tolerant cont rol for dynamic syst ems is present ed .T he main result s in classical fault tolerant cont rol are f irstly int roduced.T hen,empha- sis is put on t he robust fault tolerant control as well as the fault diagnosis and f ault tolerant control of nonlinear systems developed in recent years.Some typical appli- cation result s of fault t olerant cont rol are discussed ,and finally ,some open ques- tions are pointed out . Key words Dynamic syst ems,fault t olerant cont rol,fault diagnosis,int egrat ion, robust ness . 1　引言 现代系统正朝着大规模、复杂化的方向发展,这类系统一旦发生事故就有可能造成

姿态控制系统

第一章航天器控制的基本概念1.轨道控制 a.轨道确定(导航) 研究如何确定航天器的位置和速度b. 轨道控制(制导) 根据位置、速度、飞行最终目标，对质心施以控制力，以改变运动轨迹的技术轨道机动、轨道保持轨道交会、再入返回控制2.姿态控制a.姿态确定研究航天器相对于某个基准的确定姿态方法；可以是惯性基准或其他基准，如地球；采用姿态敏感器和相应的数据处理方法；确定精度取决于数据处理方法和敏感器精度。b. 姿态控制在规定或预定方向(参考方向)上定向的过程；姿态稳定是指使姿态保持在指定方向；姿态机动是指航天器从一个姿态过渡到另一个姿态的再定向过程。3.姿态稳定 a.特点长期而持续的所需控制力矩较小b.种类定向粗对准精对准4. 姿态机动a.特点短暂过程所需控制力矩较大b.种类再定向捕获跟踪和搜索4. 姿态控制与轨道控制的关系为实现轨道控制，航天器姿态必须符合要求；在某些具体情况或某些飞行过程中，可把姿态控制和轨道控制分开考虑；某些应用任务对航天器轨道没有严格要求，而对航天器姿态确有要求；例如：空间环境探测卫星绕地球的运行往往不需要轨道控制，卫星在开普勒轨道上运行就能满足对环境探测的要求。5.姿态控制系统分类 a.根据姿态稳定方式三轴稳定.保持航天器本体三条正交轴线在某一参考空间的方向自旋稳定.绕自旋轴旋转，依靠旋转动量矩在惯性空间的指向b.根据力来源被动控制.不需消耗星上能源，如重力梯度力矩、磁力矩等主动控制.星上自主控制、星－地大回路控制，消耗电能和工质6.姿态控制系统的设计要求可靠性控制性能a.动量、稳定性b.稳态精度c.动态响应控制系统质量和能源需求附带要求a.经济性b.坚固性c.生产可能性7.姿态控制系统设计任务a.了解任务参数任务类型、质量、结构、轨道几何参数、任务寿命、精度、机动要求b.推导出控制系统质量和能源需求可靠性及寿命动量要求力矩要求：大小、频率、杠臂限制动态响应精度 能源要求c.具体设计 第二章姿态运动学与动力学1.方向余弦阵的性质及特点方向余弦阵只有三个独立参数方向余弦阵是正交矩阵AA T=E方向余弦阵的行列式为1|A|=1方向余弦阵可作为坐标变换矩阵V a=A Vb相继姿态运动的方向余弦阵具有中间脚标的吸收性质。缺点：不直观，缺乏明显的几何图象概念，使用不方便2.用EulerEuler轴/角描述姿态的理论依据Euler定理：刚体绕固定点的任一位移，可由绕通过此点的某一轴转过一个角度得到。姿态描述可用转轴e和绕此轴的转角φ来描述两个坐标系间的相对姿态。Euler轴/角的形式及特点形式转轴e在参考坐标系中的三个方向余弦(ex, ey, ez)转角φ优点具有明确的几何意义，直观，易于理解；是四元素、Rodrigues参数等其它姿态描述方法的基础。缺点仍具有一个约束条件，不是姿态描述的最小实现；与姿态之间不是一一对应的。常用Euler角3-1-3 ψ, θ, ?自旋卫星绕oZ轴旋转, Rz(ψ)绕oX'轴旋转, Rx(θ)绕oZ"轴旋转Rz(?)3-1-2 ψ, ?, θ三轴稳定卫星绕oZ轴旋转, Rz(ψ)绕oX'轴旋转, Rx(?)绕oY"轴旋转,Ry(θ) 在轨道坐标系内ψ为偏航角?为滚动角θ为俯仰角。3. Euler角的特点优点几何意义直观、明显小角度线性化方便在某些情况下，可直接测量缺点包含三角函数，计算效率低运动学方程有奇点4. 四元数特点与方向余弦阵相比，四元素只包含4个变量和1个约束与Euler轴/角相比，四元素姿态矩阵不含三角函数四元素可看作姿态机动参数。缺点：四元数仍存在一个约束条件，不是姿态描述的最小实现。5.Rodrigues参数的优缺点优点姿态描述的最小实现；简单、直观，计算效率高；由其描述的运动学方程结构简洁，无多余约束。缺点当φ→±180°时，x→±∞，不能有效描述姿态；当φ远小于180°时，才能有效描述姿态。6.重力梯度力矩的性质重力梯度力矩与主惯量差成正比重力梯度力矩与轨道角速度的平方成反比重力梯度力矩与姿态偏差角(小角度假设下)成正比当Izz<1000Km)，占优势的是太阳辐射力矩；当轨道降至700Km时，太阳辐射力矩与气动力矩是同数量级的；在中高轨道(1000Km左右)，重力梯度力矩、磁力矩较大。第三章自旋航天器姿态确定与控制1.如何测量自旋姿态测量工具:姿态敏感器。姿态信息测量: 不能直接测出自旋姿态只能观测到空间中某些参考体相对卫星的方向测量自旋轴与参考体方向之夹角夹角也不是直接得到的，只能测得与夹角相关的信息。姿态确定参考天体在赤道惯性系中的方向可以精确确定根据夹角和参考天体的方向，确定姿态。2.自旋航天器的原理。利用绕自旋轴旋转的陀螺定轴性，实现自旋轴在惯性空间固定自旋轴一般与轨道平面垂直。自旋航天器的特点：简单、抗干扰能力强当受到恒定干扰力矩时，自旋轴以等速漂移，而不是加速漂移可减小推力偏心的影响，静止轨道卫星在远地点点火时通常用自旋稳定。控制系统不需频繁工作，可以采用星-地大回路的工作方式。3.自旋运动稳定条件。a.如果令ωy、ωz是Lyapunov稳定的，必须令Ω2>0；b.Ix>Iy，且Ix>Iz，即星体绕最大惯量轴旋转；c.Ix

容错控制简介

1.2容错技术简介 容错控制及其系统组成 容错控制的发展及研究现状 1.2.1容错控制的概念和任务 容错概念最初来源于计算机系统设计领域，是指系统内部环节发生局部故障或失效情况下，计算机系统仍能继续正常运行的一种特性。后来人们逐渐把容错的概念引入到控制系统，这样人们虽然无法保证控制系统每个环节的绝对可靠，但是构成容错控制系统后，可以使系统中的各个故障因素对控制性能的影响被显著削弱，从而间接地提高了控制系统的可靠性。特别是控制系统的重要部件的可靠度未知时，容错技术更是在系统设计阶段保证系统可靠性的必要手段。 容错控制的指导思想是在基于一个控制系统迟早会发生故障的前提下，在设计控制系统初期时就将可能发生的故障对系统的稳定性及静态和动态性能影响考虑在内。最简单的情况，如果传感器或执行器发生故障，在故障后不改变控制律的情况下，如何来维持系统的稳定性就是控制器设计过程中值得注意的问题。在容错控制技术中，这种问题属于完整性控制的范畴。 在某种程度上，容错控制系统是指具有内部冗余（硬件冗余、解析冗余、功能冗余和参数冗余等）能力的控制系统，即在某些部件（执行器、传感器或元部件）发生故障的情况下，闭环系统仍然能保持稳定，并在原定性能指标或性能指标有所降低但可接受的条件下，安全地完成控制任务，并具有较理想的特性。动态系统的容错控制是伴随着基于解析冗余的故障诊断技术的发展而发展起来的。 1.2.2容错控制的现状研究 容错控制系统的基本结构为：传感器、故障检测与诊断子系统、执行器和控制器。其中，故障检测与诊断子系统能够对控制系统进行实时故障监测与辨识等；控制器则根据故障诊断信息作出相应的处理，实施新的容错控制策略，保证系统在故障状态下仍能获得良好的控制效果。在实际控制系统中,各个基本环节都有可能发生故障。 容错控制系统有多种分类方法,如按系统分为线性系统容错控制和非线性系统容错控制，确定性系统容错控制和随机系统容错控制等；按克服故障部件分类为执行器故障容错控制，传感器故障容错控制,控制器故障容错控制和部件故障容错控制等；按控制对象不同分为基于硬件冗余和解析冗余的容错控制分类。一般，为了全面反映容错控制系统的特性，常将上述各种分类方法组合运用。 1.硬件冗余方法 硬件冗余是指对系统的重要部件及易发生故障部件设置各种备份,当系统内某部件发生故障时,对故障部分进行隔离或自动更换,使系统正常工作不受故障元器件的影响，保证系统的容错性能。硬件冗余方法根据备份部件是否参与系统工作可分为静态硬件冗余和动态硬件冗余。 l)静态硬件冗余:并联多个相同的组件,当其中某几个发生故障时并不影响其它组件的正常工作。 2)动态硬件冗余:在系统中不接入备份组件,只有在原组件发生故障后,才把输入和输出端转接到备份组件上来,同时切断故障组件的输入和输出端,即运行模块的失效，备用模块代替运行模块工作。系统应该具有自动发现故障的能力与自动转接设备。 硬件冗余方法可以用于任何硬件环节失效的容错控制,建立起来的控制系统将具有较强

控制系统故障诊断技术

Harbin Institute of Technology 控制系统故障诊断技术 课程报告 专业：控制科学与工程 学号：15S004001 姓名： 日期：2016.4.12 控制系统故障诊断技术(FDD)，在核心上属于模式识别范畴，通过冗余控制及自诊断等

思想处理系统故障，提高系统性能与可靠性。主要环节内容包括特征提取(如量值描述、模糊描述、模型与数据结合描述等)，故障分离估计及评价决策。其中系统的表征包括输入输出状态，参数特征，逻辑经验，通过状态观测可以判定失效的观测器。 控制系统故障诊断主要思想在于特征分析，包括信号处理，通过控制领域方法，进行诊断与容错处理。本质上，是控制学科的一门下属学科，建立的体系要基于控制系统理论基础，系统四个部分分别是：被控对象、控制器、执行器、传感器。重点在于传感器的故障诊断。 故障诊断本身又可以分为故障检测，只判断有无故障；与故障分离，即可以定位具体故障。 诊断方法类型包括基于数学模型及基于专家(模糊)知识两种。体现在发展历程上，即2000年以前诊断方法主要是阈值方法，而2000年之后才逐渐引入智能化。 这一技术的目的包括提高系统鲁棒性，这种鲁棒性，并非简单的对参数变化具有的不敏感性，还包括系统自身对结构变化的自适应性；此外，另一个目的是容错性，即再系统局部发生故障时，可以有冗余部件替换掉有问题部件。 控制系统容错技术在方法上，包括 1、并行冗余，主要处理控制器故障，包括串并联结构，冷热备份等等； 2、鲁棒控制，需要考虑系统局部关系的完整性设计，具有多模型自适应能力； 3、系统重构，指的是余度系统故障时，使系统转入新工作结构而采用的余度管理措施，称为重构。系统重构技术充分利用系统的信号和资源，可以使系统获得更高的可靠性和生存性。在系统发生故障时可以迅速反应，重新构建控制器，通常采用FPGA实现，达到不同阶段完成不同功能。 4、人工智能，是近来发展迅速的智能化方法，包括神经网络、模糊专家控制等。 如上图为神经网络控制器的示意图。作为一种黑箱结构，神经网络的优势在于只要有一层隐含层就可以做到任意的非线性拟合。 控制系统故障诊断实现途径包括：提高元部件可靠性及整体可靠性设计，如冗余设计、简化设计等。故障诊断的观测器通常采用基于李雅普诺夫原理的自适应观测器与奉献观测器的结合。通过可观自由度、传感器数量对故障定位，通过解耦控制器，容错控制，使血糖具有冗余能力。在实际应用中观测器速度一定大于控制器，及观测器极点相比于控制器一定更远。当系统干扰较大时，可将观测器换成卡尔曼滤波器。闭环故障诊断的难点在于故障可能由于闭环本身产生。 以上内容完全来自课堂笔记与个人观点，下面是我查阅到的控制系统故障诊断的一些基本内容： 容错控制是 20 世纪末期发展起来的一种提高控制系统可靠性的技术 . 容错控制系统设计主要包括 故障诊断和容错控制系统的设计, 这两个方面现都成为控制理论领域的研究热点. 控制系统是由被控对象、控制器、传感器和执行器组成的复杂系统, 其各个基本环节

容错控制理论及其应用_周东华

第26卷　第6期 2000年11月自　动　化　学　报A CT A A U T OM A T IC A SIN ICA V o l.26,N o.6N ov.,20001)国家自然科学基金、“八六三”计划与教育部资助项目. 收稿日期　1999-03-08 收修改稿日期　1999-10-11 综述 容错控制理论及其应用 1)周东华 (清华大学自动化系　北京　100084)　Ding X (Lausitz 大学电气工程系　德国)(E-mail :ZDH @mail.au.tsingh https://www.wendangku.net/doc/c517298729.html,) 摘　要　介绍了经典容错控制的主要研究成果及近年来发展起来的鲁棒容错控制和非线性 系统的故障诊断与容错控制,并给出了容错控制的一些典型应用成果.最后,指出了该领域 亟待解决的一些热点与难点问题. 关键词　动态系统,容错控制,故障诊断,集成,鲁棒性. THEORY AND APPLICATIONS OF FAULT TOLERANT C ONTROL ZHO U Donghua (Dept .of Auto matio n ,Ts inghua University ,Beijing 100084) DIN G X (Dept .of EE ,Lausitz Un iv .,G erman y ) Abstract 　A survey of f ault t olerant cont rol f or dynamic systems is presented .The main results i n classical fault tolerant cont rol are first ly int roduced.Then,empha-sis is put on the robust f ault tolerant cont rol as w ell as the fault diag nosi s and fault tolerant cont rol of nonlinear syst ems dev eloped i n recent years.Some typical appli- cation results of faul t tolerant cont rol are discussed ,and finally ,some open ques-tions are point ed out . Key words Dynamic systems,f ault tolerant cont rol,fault diagnosis,i ntegratio n, robust ness . 1　引言 现代系统正朝着大规模、复杂化的方向发展,这类系统一旦发生事故就有可能造成

容错控制系统

容错控制系统培训 2011年8月

3.1 容错控制系统 3.1.1 容错控制概述 容错原是计算机系统设计技术中的一个概念，指当系统在遭受到内部环节的局部故障或失效后，仍然可以继续正常运行的特性。将此概念引入到控制系统中，产生了容错控制的概念。 容错技术是指系统对故障的容忍技术，也就是指处于工作状态的系统中一个或多个关键部分发生故障时，能自动检测与诊断，并能采取相应措施保证系统维持其规定功能或保持其功能在可接受的范围内的技术。如果在执行器、传感器、元部件或分系统发生故障时，闭环控制系统仍然是稳定的，仍具有完成基本功能的能力，并仍然具有较理想的动态特性，就称此闭环控制系统为容错控制系统。 3.1.2 容错控制分类 根据不同的产品和客户需求，容错控制系统分类方式有多种，重点介绍两种： ?按设计分类：被动容错控制、主动容错控制； ?按实现分类：硬件容错、功能容错和软件容错。 3.1.2.1按设计分类的容错控制 1 被动容错控制介绍 被动容错控制是设计适当固定结构的控制器，该控制器除了考虑正常工作状态的参数值以外，还要考虑在故障情况下的参数值。被动容错控制是在故障发生前和发生后使用同样的控制策略，不进行调节。被动容错控制包括：同时镇定，完整性控制，鲁棒性容错控制，即可靠控制等几种类型。 2 主动容错控制介绍 主动容错控制是在故障发生后需要重新调整控制器参数，也可能改变控制器结构。主动容错控制包括：控制器重构，基于自适应控制的主动容错控制，智能容错控制器设计的方法。 3.1.2.2按实现分类的容错控制 1 硬件容错技术 容错控制系统中通常采用的余度技术，主要涉及硬件方面，是指对计算机、传感器和执行机构进行硬件备份，如图3所示。在系统的一个或多个关键部件失效时，通过监控系统检测及监控隔离故障元件，并采用完全相同的备用元件来替代它们以维持系统的性能不变或略有降级(但在允许范

飞行控制系统常见故障研究与分析

飞行控制系统常见故障研究与分析 发表时间：2018-07-18T16:11:33.690Z 来源：《科技中国》2018年1期作者：杨恒[导读] 摘要：飞行控制系统能控制直升机的飞行姿态，能控制飞机飞行方向和实现自动区域导航、自动悬停、地速、垂直速度保持及巡航无线电高度保持等功能，是直升机上重要的航电系统。本文通过研究飞行控制系统的常见故障和处理方法，提高现场排故效率。 摘要：飞行控制系统能控制直升机的飞行姿态，能控制飞机飞行方向和实现自动区域导航、自动悬停、地速、垂直速度保持及巡航无线电高度保持等功能，是直升机上重要的航电系统。本文通过研究飞行控制系统的常见故障和处理方法，提高现场排故效率。 关键词：飞行控制系统、飞控计算机、故障 1 引言 飞行控制系统由飞控计算机、飞控操纵台、飞控放大器、速率陀螺组、并联舵机等14件成品组成，计算机是飞控系统的核心部件，计算机内部接线复杂，和飞控产品交联多，同时也和外部的组合导航、综显系统相交联，导致飞控系统故障处理起来复杂，研究飞控系统常见的几种故障和处理方法，能保障外场及时的解决故障，提高工作效率。 2 飞行控制系统的简介 飞行控制系统通过与组合导航系统、备份航姿系统、无线电高度表、综显系统、大气数据系统等进行交联（见图1），完成飞控（姿态航向）保持、气压高度保持、无线电高度保持、协调转弯、预选航向保持、自动区域导航、空速保持、地速保持、自动悬停保持、最小高度保安和总距保安等功能，并能够进行地面自检测和飞行状态监控。 3飞行控制系统常见故障与处理 飞控系统故障通过飞控操纵台的数码管显示，可以通过操纵的翻页查看故障代码，飞控系统常见以下几种故障。 3.1 操纵台报“FCMF”故障 FCMF故障代码表示操纵台未收到计算机发送的ARINC429信号，它有两种情况报故： a、在上电自检测阶段，如果飞控操纵台在完成自身上电自检测后，紧接着连续15秒未接收到飞控计算机通过ARINC429总线发送的周期性数据，飞控操纵台自主显示“FCMF” b、在正常工作阶段和PBIT申报阶段，如果操纵台连续0.25秒（即10拍）未接收到飞控计算机通过ARINC429总线发送的周期性数据，操纵台自主显示“FCMF”。 对应处理方法： a、更换飞控计算机，检查故障是否消失，若消失，则飞控计算机故障。 b、按图2检查线路是否都导通，若不导通，则更换对应线路。 c、更换飞控操作台，检查故障是否消失，若消失，则飞控操作台故障。

容错控制

容错控制知识 一知识点 1冗余：多余的重复或啰嗦内容，通常指通过多重备份来增加系统的可靠性。 2冗余设计：通过重复配置某些关键设备或部件，当系统出现故障时，冗余的设备或部件介入工作，承担已损设备或部件的功能，为系统提供服务，减少宕机事件的发生。 3冗余设计常用方法有硬件冗余、软件冗余(主要指解析冗余)、功率冗余。 3.1硬件冗余方法是通过对重要部件和易发生故障的部件提供备份，以提高系统的容错性能。软件冗余方法主要是通过设计控制器来提高整个控制系统的冗余度，从而改善系统的容错性能。硬件冗余方法按冗余级别不同又可分为元件冗余、系统冗余和混合冗余。元件冗余通常是指控制系统中关键部件(如陀螺仪和加速度计等)的冗余。 (l)静态“硬件冗余” 例如设置三个单元执行同一项任务，把它的处理结果，如调节变量相互比较，按多数原则(三中取二)判断和确定结构值。采用这种办法潜伏着这样的可能性: 有两个单元同时出错则确定的结果也出错，不过发生这种现象的概率极小。 (2)动态“硬件冗余” 即在系统运行之初，并不接入所有元件，而是留有备份，当在系统运行过程中某元件出错时，再将候补装置切换上去，由其接替前者的工作。这种方法需要注意的问题是切换的时延过程，最好能保持备份元件与运行元件状态的同步。 3.2软件冗余又可分为解析冗余、功能冗余和参数冗余等，软件冗余是通过估计技术或软件算法来实现控制系统的容错性， 解析冗余技术是利用控制系统不同部件之间的内在联系和功能上的冗余性，当系统的某些部件失效时，用其余完好部件部分甚至全部地承担起故障部件所丧失的作用，以将系统的性能维持在允许的范围之内。 冗余技术在某种程度上能提高DCS 本身的可靠性和数据通信的可靠性, 但对于整个闭环系统来讲,系统中还包含传感器，变送器，和执行器等现场设备，他们往往工作在恶劣的环境下，出现故障的概率也比较高，软硬件冗余一般无能为力，我们要采用容错控制来提升系统稳定性。 4 容错控制指控制系统在传感器，执行器或元部件发生故障时，闭环系统仍

离散分布控制系统的容错设计

图2智能抽油机节能控制器方案框图 感器模块实时检测电机输出功率的变化,由单片机系统来控制IGBT的关断,控制电机输入端电压的大小,以调整电动机输出功率,减少电动机的铁损和铜损。达到节能降耗的目的。 为克服负功率对I GBT模块的影响并进一步节能,系统设置了负功率处理模块,通过该模块,系统以和电网同样的频率和相位将电动机发出的电能馈送到电网中,进一步降低电机损耗。 由于IGBT是比较昂贵的器件,而且对使用条件要求比较高,必须加以保护。根据抽油机的实际特点,系统设置了过流保护、过压保护、缺相保护和温度保护,从而使系统能够更安全地运行。 智能型抽油机节能控制器具有以下的功能: 1可设置电动机的最大工作电流、空载电流和最高工作温度等参数,根据电动机工作电流的大小判断抽油机的工况。当电动机工作电流超过额定电流和最高工作温度超过额定工作温度时停抽油机工作,从而保护电动机。当抽油机电动机工作电流小于空载电流,认为抽油机空载,可停止抽油机工作,等待原油聚集。根据所设定的停机时间,抽油机停止工作一段时间后,控制系统自动启动抽油机,从而实现抽油机停机节能。 o断电后来电时自动延时启动时间,避免油田抽油机同时启动。 ?软启动功能,减少启动对电网的冲击并节约电能。 ?可根据抽油机运行的载荷工况,自动控制电机输入电压,控制抽油机电动机的输出功率,达到节能目的。 ?独特的负功率处理功能,能有效减小电机发电所带来的影响,提高节能效果。 ?具有数据存储和数据通信功能。通过专用数据回放卡可转储数据进行数据处理分析和绘制抽油机电能图,从而方便油田对抽油机的管理。 3结束语 智能型抽油机节能控制器的开发经过了样机开发和油田试验两个阶段,我们逐渐掌握了游梁式抽油机工作规律和抽油机节能控制器的关键技术,为系统投入运行奠定了基础。 参考文献 1周新生,程汉湘,刘建,等.抽油机的负载特性及提高功率因数措施的研究.北华大学学报(自然科学版),2003(6) 2张继震,马广杰,杨靖.游梁抽油机电机电量测试的特殊性.电机技术,2003(2) 3丁建林,姜建胜,刘瓯,等.抽油机变频调速智能控制技术研究. 石油机械,2003 修改稿收到日期:2004-08-20。 第一作者彭国标,男,1972年生,1995年毕业于国防科技大学精密仪器与检测技术专业,获学士学位,工程师;主要从事载人航天发射场地面系统自动控制、建筑智能化和工业自动化控制。 离散分布控制系统的容错设计 Fault Tolerant Design of Discrete D istributed Control System 王根平 (深圳职业技术学院机电系,深圳518055) 摘要在所考虑的离散分布控制系统中,每个可编程控制器作为一个控制结点,结点之间通过网络进行连接保持通信。容错的设计思路是,增加一个在Galois域进行运算的冗余控制器,从而使系统能够自动侦查系统中的结点(可编程控制器)是否正常工作,并能5自动化仪表6第25卷第9期2004年9月

故障诊断论文：基于聚类分析的卫星姿态控制系统故障诊断方法研究

故障诊断论文：基于聚类分析的卫星姿态控制系统故障诊断方法研究 【中文摘要】应用于卫星系统的故障诊断技术是确保卫星系统正常工作必不可少的一项关键技术,它不仅让卫星系统具有智能化修复功能,而且其诊断经验可以优化卫星系统观测点的分布。随着卫星系统越来越复杂与智能化,卫星故障诊断的能力在未来卫星技术发展中变得突出重要,并不断向更高水平发展。现代卫星系统的复杂化,使得基于模的故障诊断方法——建模难度大、灵活性差,导致基于模型的方法很难取得较好的故障诊断结果。由于基于聚类分析的故障诊断方法利用历史数据进行建模,不需要实际的物理结构模型,它能够克服基于模型的诊断方法的缺点。本论文采用基于聚类分析的故障诊断方法,开发和利用卫星监控系统所采集的历史数据。论文的研究内容主要包括以下几个方面:首先,研究基于聚类分析的数据分布特征提取方法的特点,学习聚类分析的两种算法,利用聚类算法分析拟合数据与异常数据,设计拟合数据与异常数据的差值模型,初步建立基于聚类分析的故障诊断模型。其次,对标准的飞机控制系统模型进行数值仿真,获取该模型的健康数据和故障数据,采用基于聚类分析的诊断方法进行故障诊断,依据诊断结果来完善该故障诊断模型的建模与诊断推理步骤。再次,结合卫星姿态控制系统的结构,对主要部件的数学模型做了详细分析,并研究飞轮摩擦力矩对姿态角控制效果的影响。建立卫星姿态控制系统的外在干扰力与力矩的数学模型,针对系统的

执行部件与测量部件,设置了不同的故障模式并建立相应的数学模型。最后,根据卫星姿态控制系统部件的几种典型的故障模式,建立相应的simulink仿真模型,设置卫星姿态控制系统仿真参数与设定该 系统的状态观测点,对这几种仿真模型进行数值仿真模拟并采集系统的健康数据与故障数据。利用聚类分析的方法对该姿态控制系统进行故障诊断。 【英文摘要】The Fault Diagnosis Technique (FDT) applied to satellite systems is a special technique adopted to ensure the proper functions of the systems. It can not only realize the intelligent repaire, but the diagnosis experiences can also optimize the observation points of the satellite systems. With the developing tendency of more complex and intelligent of satellite systems, FDT plays a more important role and is pushed to reach a higher level.Because of the complexity of the modern satellite systems, the model-based FDT, which has a complicated modeling process and poor flexibility, can not always obtain a good result of fault diagnosis; while the cluster-analysis-based on history process data FDT (CBHD-FDT), which makes use of historical data and does not need the physical structure of systems, can overcome those short comings. Therefore, the research in this paper is using the CBHD-FDT, and exploring and applying the historical data gathered by the

电气控制系统故障分析诊断及维修技巧 杨万宏

电气控制系统故障分析诊断及维修技巧杨万宏 发表时间：2018-10-01T11:05:06.237Z 来源：《电力设备》2018年第16期作者：杨万宏[导读] 摘要：电气控制系统的主要功能是保障电气设备的有序运行，在电气设备高效工作当中提供一定的便利。 (江苏省盐城技师学院江苏省盐城市 224000) 摘要：电气控制系统的主要功能是保障电气设备的有序运行，在电气设备高效工作当中提供一定的便利。但是电气控制系统自身存在一定漏洞，会出现各种障碍，电气系统的各类故障会对系统自身带来较大的威胁与危害，自动设备再运行过程当中，要加大对电气控制系统的故障分析力度和维修力度，以确保电气设备，保持良好的运行状态。 关键词：电气控制系统；故障诊断；维修技巧 1导言 随着我国社会经济的发展进步，工业化水平不断提高，在展开工业生产时，电气化自动化控制的技术有着十分广泛的应用，能够为我国国民经济的发展提供重要的推动和支撑，为行业技术革新提供原动力。当前电气控制系统在工业设备方面的应用范围越来越广泛，在实际的运行过程中，人们在系统安全性以及稳定性方面的重视度越来越高。针对电气控制系统故障进行分析诊断以及维护保养，具有十分重要的价值和作用，本文就此进行了研究分析。 2电气控制系统的常见故障及危害电气控制系统的常见故障：线路电路的接触不良。此类故障在电气控制系统的线路正常运行时容易发生，使得控制指令失去效果，使电气控制系统发生故障，电气设备无法正常运行。主要是由于开关与电源本身接触不良，或导线之间接触效果不好等，使电气控制系统发生短路，并使得线路在使用过程中发生断路、短路等危险，影响设备的安全性与可靠性；短路故障。发生短路故障时，设备线路会因短路而发生高温烧毁，严重影响电气设备的使用安全，并且会缩短电器设备的使用寿命，提升相关使用成本，降低生产效率；电源缺相，在使用交流异步电动机时，一相熔断器熔断就会发生电源缺相，电流会急剧升高，大于额定电流，并烧毁电动机绕组，使电机发生故障，影响其安全性。 3电气控制系统故障诊断分析性 3.1调查研究法 相关工作人员在电气设备检查过程当中采用调查研究法效率较高，速度较快，并且能够在短时间内对发生故障的部件进行定位和判断，相关工作人员作出精准的故障诊断，有利于减轻故障带来的损失。 相关工作人员在应用调查研究时，需要一定严谨科学顺序：第一，在电气设备发生故障时，相关工作人员应该先询问一些现场的人员，了解故障发生前发生中已经发生后的电气运行状况，了解发生故障前包括冒烟、冒火、有无声响、发生频率等现象，以便于工作人员及时确诊。相关工作人员也要注意到在发生事故前是否有过更换元件，并且有无私下维修等情况。相关工作人员在实地调查当中能够判断故障发生方式，也能够大致判断故障发生的机械范围和原因；第二，相关工作人员在实地考察当中，必须要对发生故障的设备部件进行仔细观察，通过发生故障的电气设备的外观，判断发生故障前的征兆，例如短路、接地、线路松动等情况；第三，相关工作人员在进入实地考察过程当中，要闻电气故障产生的气味，判断机器故障是否是因为过压而带来的伤害现象，及时判断电器发生故障的性质和部位；第四，工作人员在将电流关闭之后进行触摸电器表面是否有发热现象，这一环节能够确保线路与是否正常运行。 3.2原理图、逻辑分析法 逻辑分析就是先理解设备的工作原理，或者是相关的操作步骤，也需要查看设备原有的图纸，明确设备里的具体构造，将具体的环节梳理清楚，大概明白在这一进程中，都需要哪些步骤，然后依据具体情况展开研究和分析，逐渐减小可能发生的位置区域，慢慢就会找到具体的故障位置。逻辑分析法之所以能够被广泛应用，就是这种方法可以非常快速的找到故障位置，且操作起来对工具或者是环境没有硬性要求，所以逻辑分析法经常被用在特别复杂的线路，因为复杂线路涉及到的零件和线比较多，工作人员检查起来工作量太大，浪费时间，还可能产生误差。所以在对复杂线路进行故障检测时，应用逻辑分析法，不断减小范围，最终准确确定位置。 3.3测量法 测量法的工作原理就是通过运用电笔、电压表等仪器将系统控制电路分段，然后再分别对每段进行测量。相关维修工作人员需要较好地掌握此种方法，因为这种方法是确定故障最有效的方式之一。测量法最重要的检测手段就是测量电阻，即相关维修工作人员发现控制线路中存在接触不良、线圈脱落或者短路等问题时，就需要应用相关检测工具测量控制线路，进而能够及时地找到线路故障的具体位置。 4电气控制系统维护技巧 4.1运用排查法维修 排查法属于当前电气控制系统的主要维修方式，在实际的故障维修过程中，包含有四个方面内容：与电气控制系统故障代码结合在一起展开排查，在中央控制系统，按下操作键，获取故障的代码，通过这种方式明确故障发生的原因；采用系统排查发进行故障的排查，如果电气控制系统的故障不是十分严重，同时停产检修方式会出现非常大的损失，那么可以运行系统，通过电气控制系统控制运行循环找到故障发生的具体环节，方便故障排除和维修的顺利进行；选择万用表排查法进行故障排查，使用万用表，检测出电气控制系统中存在的电源缺相等问题，找到故障点。在断电时，通过万用表电阻档对系统中电相阻止展开检查，判断线路是否满足要求，最终实现故障的检修和排查；在实际的维修过程中，还可以针对电路元器件、线路展开短路排查，这种方法也较为常用，在确定故障发生的环节之后，可以选择导线针对线路接触点进行短接，在通电之后如果故障消失，那么表明故障正确，之后进行维修。 4.2应用计算机自动化系统进行维修 对于电气控制系统来讲，它的一些电子元件、相关控制线路以及电机都存在于设备的内部，如果出现故障导致设备无法运行，那么会造成较大的维修损失。所以，在目前的电气控制系统中，原本由人力进行的调整以及相关控制工作已经逐渐被计算机自动化系统所取代。除此之外，在实际维修工作中，许多企业都应用计算机对电气控制系统进行检修，相关维修工作人员可以通过计算机得到设备具体的电压值。因此，相关维修工作人员应该掌握应用计算机查看相关控制元器件各种数值以及设备运行日志的方法，以达到可以高效获取电气元器件的故障、维修记录的目的，进而确保工作人员能够较好地掌握系统的维修情况，为其进行电气控制系统维修工作提供有效的保障。 4.3检修短路