机电控制系统故障诊断策略浅析

王岳军，于 静（天津市源峰科技发展有限责任公司，天津 300350）



机电控制系统故障诊断策略浅析

王岳军，于 静
（天津市源峰科技发展有限责任公司，天津 300350）

摘 要：对继电控制系统故障进行诊断，需要掌握整个系统运行原理，结合故障表现形式，来选择合适的诊断技术，争取有效确定故障发生原因，并基于此采取措施进行处理，提高系统运行效率。本文结合机电控制系统运行原理，对故障诊断策略进行了简要分析。

关键词：机电；控制系统；故障诊断

0　引言

故障诊断即通过系统运行状态的监测，结合故障表现形式，利用专业技术来确定故障发生原因，作为系统运行管理与维护的重要依据，争取不断提高系统运行综合效率。

1　机电控制系统运行原理

（1）系统概述。机电控制系统主要目的就是将被控对象维持在目标范围内，一般设置有传感装置来对对象运行状态信息的监测收集，然后通过控制中心对各项信息进行分析，发布指令由执行装置来完成，达到设计的控制目的［1］。常见有三种控制方式，即开环控制、偏差调节闭环控制以及复合控制。对机电控制系统故障进行诊断，即通过对运行系统信息的实时监测，及时确定发生位置，并采取措施进行处理。

（2）控制方式。1）开环控制。与其他控制方式相比，此种方式应用最为简单，但是不具备纠偏能力，控制精度比较低，且容易受外界因素影响，而造成控制参数出现偏差，降低控制效果。特行参数被干扰后，将会直接反应到被控量上，使得被控量与即给定量出现偏差，且系统无法自主修正，影响控制准确性。2）闭环控制。以偏差调节闭环控制方式，在应用时被控量需要与给定值进行比较，因此被控量信号需要沿着前向通道与反馈通道进行往复循环闭路传送，形成闭合回路［2］。与其他控制方式相比，此种控制方式，在受到外界因素影响，被控量出现偏差后，存在一个控制作用对该偏差进行修整纠偏，使其与期望值保持一致。3）复合控制。此种控制方式即将开环控制与闭环控制进行组合的方法，将闭环控制回路作为基础，对其加入一个输入信号或者扰动作用顺馈通路，便可以有效提高系统控制精度，对外界因素影响产生的偏差进行纠偏调整。此种控制方式在实际应用中，主要扰动已经被有效补偿，降低了反馈控制系统设计难度，具有良好的控制效果。

2　系统故障诊断要点

（1）故障检测。在对系统进行故障检测前，需要假设故障发生后各项参数发生变化，如状态变量、输出变量、残差变量变动，为故障检测的前提。对系统进行故障检测，原则上就是确定发生故障的过程，对非正常状态进行检测。将系统各项参数作为检测对象，在标称情况下，假设在某不确定性情况下该变量符合已知条件，这样只要该参数发生变化，便可以确定系统运行出现故障［4］。

（2）故障诊断。故障诊断即根据各项运行数据的残差方向以及结构，来确定故障发生位置，并根据故障表现形式判断其种类，初步判断故障发生时间与原因，然后采取专业技术进行详细分析，最后根据结果进行故障评价并得出处理策略。其中，在对故障进行分类时，应以影响程度大小为依据，便于处理措施的选择。而最后阶段的故障评价与处理，应根据诊断结果，综合故障类型、影响程度等，来确定修复处理技术，争取对故障进行有效隔离，或者降低故障影响范围。另外，故障诊断测试又可以分为故障监测和实验性测试两部分，故障监测主要在故障发生前展开，诊断对象处于正常作业状态，通过对其进行在线测试，预测可能会出现的故障。而实验性测试则是在故障发生后进行，通过测试能够及时定位故障位置，并根据故障特点进行分类。且在进行实验性测试时，需要停止诊断对象作业，提高测试结果准确性。

（3）故障修复。在得到故障诊断结果后，采取措施来对系统所存故障进行处理修复，通过改变空置率或者系统重构，使得系统在发生故障的同时，还可以维持良好的运行状态。故障修复对于维持系统可靠运行具有重要意义，需要将前两阶段所得信息结合起来，编制合理有效的修复方案，选择可行性最高的修复技术，降低故障影响范围。

3　机电控制系统故障诊断策略

机电控制系统故障诊断，主要包括两个方面，即检测设备运行状态，以及对发现的设备故障进行诊断分析，以此来及时消除存在的各类问题，保证系统可以正常运行。我国机电控制系统诊断研究比较晚，很多诊断技术在实际应用中还不成熟，目前常用的诊断方法如基于机理研究诊断理论方法、基于信号处理与特征提取故障诊断、振动信号诊断、模糊诊断理论与方法、故障诊断灰色系统理论与方法、故障树分析诊断方法以及故障诊断专家系统理论与方法。对于不同的诊断方法，所对应的情况不同，在选择时需要从实际情况出发，总结故障表现形式，来选择合适的诊断方法，判断故障发生原因，并以此为基础确定故障处理措施。

例如机电控制系统出现内部控制干扰故障，便需要对内部结构进行诊断，确定系统工艺、结构、线路、电源以及底线是否存在故障，同时还需要对各元件性能进行检测，因为内部干扰具有很强的偶然性和随机性。内部干扰故障可以分为固定干扰与过渡干扰两种，其中固定干扰即信号串扰、反射噪声以及馈电系统干扰。另外，控制系统还存在外部干扰故障，主要是外部装置串扰到内部装置，干扰形式比较多，如雷击、闪电等自然因素对系统结构产生的干扰。对于不同的故障类型，需要准确确定诊断对象，选择合适的诊断技术，安排专业人员负责，有效检测造成故障发生的原因，且有目的性的采取措施进行处理，维持系统的正常运行。

4　结束语

对机电控制系统进行故障诊断，需要基于系统结构特点进行分析，确定故障诊断要求，按照专业规范，对控制系统进行诊断，及时发现可能会出现的故障隐患，而对于已经出现的故障，则需要确定其发生原因，并进行分类，选择有效的措施进行处理，保证系统能够正常运行。

参考文献：

［1］宋麒麟.数控机床控制及故障诊断系统设计与实现［D］.华东理工大学，2012.

［2］徐玲玲.民机机电系统故障诊断研究［D］.南京航空航天大学，2011.

［3］朱慧妍，罗丽宾.机电控制系统的分析与故障诊断［J］.内江科技，2012（05）：66.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.150

作者简介：王岳军（1979-），男，山西襄垣人，本科，研究方向：机电一体化。