一种基于双位置传感器的冗余控制方法技术

一种基于双位置传感器的冗余控制方法，冗余判决模块对伺服系统的两个位置传感器的输出值进行极值故障判别，选择未出现极值故障的位置传感器的输出值进行输出，若两个位置传感器都未出现极值故障，则进行两路反馈一致性判别，若两路反馈一致，保持当前的位置传感器的输出不变，若两路反馈不一致，则进行零值故障判别，选择未出现零值故障的位置传感器的输出值进行输出，若两个位置传感器都未出现零值故障，则进行反馈与指令误差判别，将输出值与指令的误差值的绝对值小的位置传感器的输出值进行输出。本发明专利技术实现简单，故障兼容性好，可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双位置传感器的冗余控制方法
本专利技术涉及一种基于双位置传感器的冗余控制方法。
技术介绍
伺服系统为运载火箭重要的姿轨控执行子系统，通过实时采集位置反馈信号，并与位置指令信号比较，构成位置闭环控制，实现负载的位置跟踪。位置传感器作为伺服系统位置输出的重要部件，其可靠性至关重要。通常位置传感器的失效率较高，为了提高可靠性，目前大都采用了冗余技术，如现役运载火箭上使用的“两路位置传感器输出端并接”的方式，这种方式对于一路反馈断路故障有效，但当一路反馈供电出现断路故障时，实际反馈输出值会出现偏差。新一代运载火箭上使用了一体式三冗余位置传感器，采取“三取二”的冗余判决方式，但对于体积、重量要求严格的小型伺服系统，现有三冗余位置传感器难以达到体积的小型化要求。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于双位置传感器的冗余控制方法，实现简单，故障兼容性好，可靠性高。为了达到上述目的，本专利技术提供一种基于双位置传感器的冗余控制方法，包含以下步骤：步骤A、冗余判决模块对伺服系统的两个位置传感器的输出值进行极值故障判别：如果两个位置传感器的输出值的绝对值都大于极值故障判决阈值Uy1，说明两个位置传感器都出现了极值故障，则将实际控制伺服机构动作的控制输出量置零，防止堵转损坏伺服机构；如果两个位置传感器中的任意一个位置传感器的输出值的绝对值大于极值故障判决阈值Uy1，则将另一个输出值的绝对值小于极值故障判决阈值Uy1的位置传感器的输出值作为位置传感器的输出值Uf；如果两个位置传感器的输出值的绝对值都小于极值故障判决阈值Uy1，则进行两路反馈一致性判别；步骤B、冗余判决模块对伺服系统的两个位置传感器的输出值进行两路反馈一致性判别：如果两个位置传感器的输出值的差值的绝对值小于两路反馈信号一致性判决阈值Uy3，说明两路反馈一致，保持当前的位置传感器的输出不变；如果两个位置传感器的输出值的差值的绝对值大于两路反馈信号一致性判决阈值Uy3，说明两路反馈不一致，则进行零值故障判别；步骤C、冗余判决模块对伺服系统的两个位置传感器的输出值进行零值故障判别：如果两个位置传感器中的任意一个位置传感器的输出值的绝对值小于零值故障判决阈值Uy2，说明出现了零值故障，则将另一个输出值的绝对值大于零值故障判决阈值Uy2的位置传感器的输出值作为位置传感器的输出值Uf；如果两个位置传感器的输出值的绝对值都大于零值故障判决阈值Uy2，则进行反馈与指令误差判别。步骤D、冗余判决模块对伺服系统的两个位置传感器的输出值进行反馈与指令误差判别：比较两个位置传感器的输出值与指令的误差值的绝对值的大小，将输出值与指令的误差值的绝对值小的位置传感器的输出值作为位置传感器的输出值Uf。所述的极值故障判决阈值Uy1大于伺服系统的最大摆角值Ub，且小于故障极值Uj。所述的零值故障判决阈值Uy2＝0.2V。所述的两路反馈信号一致性判决阈值Uy3≥1.5ΔUf，其中，ΔUf是两路反馈电位器的最大偏差值。本专利技术具有以下优点：1、冗余判决模块为独立的软件模块，且均为逻辑判断语句，不涉及复杂运算，实现简单，对于硬件上配置两路位置传感器的伺服系统基本适用，同时可扩展应用到配备三路及以上位置传感器的系统；2、涵盖的故障模式较广，典型的位置传感器故障模式基本可覆盖到，故障兼容性好；3、两路位置传感器通道允许多次切换，可有效防止单次切换时带来的误切换风险，如当某一拍或几拍的数值出现野值而导致位置反馈通道由某一路切换至另一路(实际当前路仍输出正常)，若之后另一路出现故障，仍可再次切回，进一步提高了位置传感器反馈回路的可靠性。附图说明图1是位置传感器的输出示意图。图2是本专利技术提供的一种基于双位置传感器的冗余控制方法的实施例流程图图3是对主位置传感器和副位置传感的反馈分别注入零值故障时的测试情况曲线图。具体实施方式以下根据图1～图3，具体说明本专利技术的较佳实施例。某新一代运载火箭的伺服系统依据空间布局要求，利用现有资源，采用了两个独立的小型位置传感器(单个重量15g)，两个位置传感器101分布于伺服机构输出轴的两侧，可同时检测伺服机构的摆角输出。如图1所示，所述的位置传感器101的结构形式类似于滑动变阻器，该位置传感器101具有反馈负供电端1、反馈正供电端3和反馈输出端2，反馈负供电端1和反馈输出端2之间为A-B段电阻基体，反馈正供电端3和反馈输出端2之间为B-C段电阻基体。根据位置传感器的结构形式，罗列了位置传感器的故障模式及每种故障模式产生的故障结果，见下表1。表1反馈电位器故障模式及结果通过表1可以看出，尽管故障模式较多(不考虑线1、3短路故障和线1、4短路故障)，但只有以下2种典型的故障结果：1、极值故障结果：反馈输出值为正或负的最大值；2、零值故障结果：反馈输出值为-0.1V～0.1V范围内的确定值(反馈悬置电压，通过在硬件电路上设置下拉电阻，可保证反馈输出端悬置时的输出电压范围为在该反馈悬置电压范围内)。对于极值故障，因故障输出结果一般远超出有效摆角的电压范围，因而易于判断；对于零值故障，因其在有效电压范围内，判断起来相对困难，冗余控制方法的重点在于此。位置传感器在正常及故障情况下的输出有以下3种情况：1、无故障时，反馈输出值可为有效摆角范围内的任意值；2、出现极值故障时，反馈输出值为正或负最大值；3、出现零值故障时，反馈输出值为落在-0.1V～+0.1V区间内的恒定值。然而，反馈输出值即使落在-0.1V～+0.1V区间，也存在两种情况：3.1、反馈并未出现故障，但反馈经过-0.1V～+0.1V的区域或反馈保持在该区域内；3.2、反馈出现了零值故障。如图2所示，本专利技术提供一种基于双位置传感器的冗余控制方法，该冗余控制方法用于伺服系统的主位置传感器和副位置传感器的输出控制，Ufa为主位置传感器的输出值，Ufb为副位置传感器的输出值，efa为主位置传感器的输出值与指令的误差值，efb为副位置传感器的输出值与指令的误差值，Uf为选定参与闭环控制的位置传感器输出值，设定当前的输出值为主位置传感器的输出值。所述的基于双位置传感器的冗余控制方法包含以下步骤：步骤S1、冗余判决模块设定极值故障判决阈值Uy1、零值故障判决阈值Uy2和两路反馈信号一致性判决阈值Uy3；所述的极值故障判决阈值Uy1用于极值故障判决，该阈值介于伺服系统最大摆角值Ub和故障极值Uj(正或负的最大值)之间，即Ub<Uy1<Uj；所述的零值故障判决阈值Uy2用于零值故障判决，该值在0.1V边界值基础上留有2倍余量，即Uy2＝0.2V；所述的两路反馈信号一致性判决阈值Uy3用于两路反馈信号的一致性判决，因两路反馈电位器相互独立，二者在给定的摆角范围内的线性度也存在差异，该值在两路反馈电位器最大偏差值ΔUf的基础上再留有至少0.5倍余量，即Uy3≥1.5ΔUf；在涉及与阈值Uy1、Uy2、Uy3比较的逻辑判断时，因阈值本身已有一定余量，可不考虑判断结果相等的情况；步骤S2、冗余判决模块判断是否满足|Ufa|＞Uy1，且|Ufb|＞Uy1；若是，说明两路反馈均出现极值故障(即反馈输出绝对值大于阈值Uy1)，将控制位置传感器的控制输出量置零(即将伺服机构的力矩输出置零)，防止伺服机构偏摆至最大机械限位处且发生堵转，然后返回步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双位置传感器的冗余控制方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤A、冗余判决模块对伺服系统的两个位置传感器的输出值进行极值故障判别：如果两个位置传感器的输出值的绝对值都大于极值故障判决阈值Uy1，说明两个位置传感器都出现了极值故障，则将实际控制伺服机构动作的控制输出量置零，防止堵转损坏伺服机构；如果两个位置传感器中的任意一个位置传感器的输出值的绝对值大于极值故障判决阈值Uy1，则将另一个输出值的绝对值小于极值故障判决阈值Uy1的位置传感器的输出值作为位置传感器的输出值Uf；如果两个位置传感器的输出值的绝对值都小于极值故障判决阈值Uy1，则进行两路反馈一致性判别；步骤B、冗余判决模块对伺服系统的两个位置传感器的输出值进行两路反馈一致性判别：如果两个位置传感器的输出值的差值的绝对值小于两路反馈信号一致性判决阈值Uy3，说明两路反馈一致，保持当前的位置传感器的输出不变；如果两个位置传感器的输出值的差值的绝对值大于两路反馈信号一致性判决阈值Uy3，说明两路反馈不一致，则进行零值故障判别；步骤C、冗余判决模块对伺服系统的两个位置传感器的输出值进行零值故障判别：如果两个位置传感器中的任意一个位置传感器的输出值的绝对值小于零值故障判决阈值Uy2，说明出现了零值故障，则将另一个输出值的绝对值大于零值故障判决阈值Uy2的位置传感器的输出值作为位置传感器的输出值Uf；如果两个位置传感器的输出值的绝对值都大于零值故障判决阈值Uy2，则进行反馈与指令误差判别。...

【技术特征摘要】
1.一种基于双位置传感器的冗余控制方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤A、冗余判决模块对伺服系统的两个位置传感器的输出值进行极值故障判别：如果两个位置传感器的输出值的绝对值都大于极值故障判决阈值Uy1，说明两个位置传感器都出现了极值故障，则将实际控制伺服机构动作的控制输出量置零，防止堵转损坏伺服机构；如果两个位置传感器中的任意一个位置传感器的输出值的绝对值大于极值故障判决阈值Uy1，则将另一个输出值的绝对值小于极值故障判决阈值Uy1的位置传感器的输出值作为位置传感器的输出值Uf；如果两个位置传感器的输出值的绝对值都小于极值故障判决阈值Uy1，则进行两路反馈一致性判别；步骤B、冗余判决模块对伺服系统的两个位置传感器的输出值进行两路反馈一致性判别：如果两个位置传感器的输出值的差值的绝对值小于两路反馈信号一致性判决阈值Uy3，说明两路反馈一致，保持当前的位置传感器的输出不变；如果两个位置传感器的输出值的差值的绝对值大于两路反馈信号一致性判决阈值Uy3，说明两路反馈不一致，则进行零值故障判别；步骤C、冗余判决模块对伺服系统的两个位置传感器的输出值进行零值故障判别：如果两个位置传感器中的任意一个位置传感器的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯伟，傅俊勇，胡翔宇，钱昌年，冀娟，
申请(专利权)人：上海新跃仪表厂，
类型：发明
国别省市：上海;31