某型組合導(dǎo)航系統(tǒng)故障分析及預(yù)防

王紅，李禮，喬邦江，方濤，鄧松，簡(jiǎn)武真，廖敬驍

（國(guó)營(yíng)長(zhǎng)虹機(jī)械廠，廣西 桂林 541000）

1 故障情況

某型組合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行修前功能測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)Z軸加速度計(jì)極性Az輸出脈沖數(shù)不合格，輸出脈沖數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)范圍。整機(jī)測(cè)試純慣性導(dǎo)航精度不合格，Z軸加速度計(jì)極性Az輸出脈沖數(shù)不合格將會(huì)導(dǎo)致純慣性導(dǎo)航精度不合格，故部件測(cè)試與整機(jī)測(cè)試結(jié)果一致。

2 故障分析

針對(duì)部件測(cè)試出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，以加速度計(jì)極性Az輸出脈沖數(shù)不合格為突破口，按照故障樹分析方法，以“加速度計(jì)極性Az輸出脈沖數(shù)不合格”為最初事件建立故障網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示，并對(duì)各種可能的故障網(wǎng)絡(luò)中的分支逐項(xiàng)進(jìn)行研究分析。

圖1 故障樹

2.1 二次電源模塊故障

某型組合導(dǎo)航系統(tǒng)的二次電源工作原理圖如圖2所示，以27V為基源，通過(guò)DC/DC變換，輸出慣導(dǎo)系統(tǒng)所需的+5V、±15V、±19V、浮15V等特殊直流電源。其中±15V用于給加速度計(jì)供電，若該電壓輸出不正常，會(huì)造成加速度計(jì)工作異常，最終表現(xiàn)為加速度計(jì)極性輸出脈沖數(shù)。該電壓在對(duì)該組合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行部件聯(lián)調(diào)測(cè)試時(shí)可以測(cè)到，測(cè)得該電壓為14.99V和-15.03V，符合技術(shù)要求。因此二次電源模塊故障可以排除。

2.2 量化器故障

圖2 二次電源工作原理圖

某型組合導(dǎo)航系統(tǒng)的量化器工作原理圖如圖3所示，接收加速度計(jì)輸出的電壓信號(hào)，通過(guò)特定設(shè)計(jì)的V/F變換電路，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，再通過(guò)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)輸出脈沖數(shù)。量化器模塊位于A4板上，通過(guò)更換備件（整機(jī)測(cè)試合格）上的A4板，組合導(dǎo)航系統(tǒng)功能正常，由此可排除量化器故障。

圖3 量化器工作原理圖

2.3 Z軸加速度計(jì)故障

某型組合導(dǎo)航系統(tǒng)的Z軸加速度計(jì)為慣性器件，采用±15V供電。該組合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行部件聯(lián)調(diào)時(shí)，對(duì)該型組合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行加速度計(jì)極性測(cè)試，當(dāng)Z軸輸入為g時(shí)，加速度計(jì)極性Az輸出脈沖數(shù)為-146147，而標(biāo)稱值約為-30萬(wàn)個(gè)脈沖數(shù)；Z軸輸入為-g時(shí)，加速度計(jì)極性Az輸出脈沖數(shù)為146131，標(biāo)稱值約為30萬(wàn)個(gè)脈沖數(shù)。更換合格的加速度計(jì)后，故障排除。因此可以判斷Z軸加速度計(jì)故障。

3 機(jī)理分析

某型組合導(dǎo)航系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)為將慣性敏感器件陀螺儀和加速度計(jì)直接安裝在臺(tái)體上，原理圖如圖4所示：

圖4 慣性敏感器件連接圖

組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，通過(guò)加速度計(jì)輸出的信號(hào)經(jīng)處理后得到組合導(dǎo)航系統(tǒng)的縱向、橫向的加速度信息。之后通過(guò)使用上面得到的姿態(tài)矩陣把坐標(biāo)系變換導(dǎo)航使用的動(dòng)參考坐標(biāo)系軸向，從而得到。把得到的結(jié)果經(jīng)過(guò)算法處理就可以得到組合導(dǎo)航系統(tǒng)的位置、姿態(tài)、速度等信息。

該型組合導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)的路線是，通過(guò)處理加速度計(jì)和陀螺儀的輸出信號(hào)，從而得到正角速度。把得到的數(shù)值提供給姿態(tài)矩陣，姿態(tài)矩陣就會(huì)實(shí)時(shí)更新，之后通過(guò)得到的結(jié)果以及加速度計(jì)的輸出信號(hào)計(jì)算得到脈沖數(shù)。

加速度計(jì)極性輸出的功能為X軸指向地，脈沖數(shù)為正，X軸指向天，脈沖數(shù)為負(fù)；Y、Z軸指向地，脈沖數(shù)為負(fù)，Y、Z軸指向天，脈沖數(shù)為正。加速度計(jì)三軸輸入為±1g時(shí)，脈沖數(shù)絕對(duì)值在280000～310000之間。加速度計(jì)三軸輸入為0g時(shí)，脈沖數(shù)絕對(duì)值小于4000。Z軸加速度計(jì)如果出現(xiàn)故障，將直接導(dǎo)致Z軸輸出給量化器板的信號(hào)異常，從而導(dǎo)致量化器的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的脈沖值超差。加速度計(jì)為慣性器件，容易損壞，在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間貯存后，在整機(jī)測(cè)試、分解及部件轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中，可能使加速度計(jì)出現(xiàn)故障，使組合導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)試出現(xiàn)加速度計(jì)Az輸出脈沖數(shù)不合格。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，更換Z軸加速度計(jì)，擰緊相關(guān)連接線纜，對(duì)該型組合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行通電測(cè)試，測(cè)試性能全部合格，故障排除。為保證經(jīng)過(guò)修理后的組合導(dǎo)航系統(tǒng)各項(xiàng)性能合格，運(yùn)行穩(wěn)定，排除潛在故障，對(duì)更換了Z軸加速度計(jì)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)，在試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)組合導(dǎo)航系統(tǒng)性能進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試，均能夠滿是技術(shù)指標(biāo)要求。經(jīng)分析認(rèn)為，此組合導(dǎo)航系統(tǒng)的故障機(jī)理具有一定的參考價(jià)值，針對(duì)此類問(wèn)題應(yīng)采取以下措施。

（1）避免產(chǎn)品長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷工作。由于產(chǎn)品工作特性所決定了它的工作能力，超負(fù)荷工作會(huì)導(dǎo)致器件因本身發(fā)熱而損壞。

（2）在產(chǎn)品維護(hù)中要細(xì)心對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部灰塵的清理。產(chǎn)品從一個(gè)地方移動(dòng)到另一個(gè)地方的過(guò)程中會(huì)吸附空氣中的懸浮粒，在產(chǎn)品通電使用過(guò)程中這些懸浮物電離并帶電，容易造成產(chǎn)品工作不正常。