某型導(dǎo)彈駕駛儀測(cè)試組合的故障分析

劉潔 折雷 王川 閆京生 雷騰飛

摘要：基于導(dǎo)彈測(cè)試數(shù)據(jù)及其設(shè)備工作原理，分析某型導(dǎo)彈駕駛儀測(cè)試組合舵系統(tǒng)通道檢查故障的原因，依靠建立故障樹(shù)的方法，找出故障的關(guān)聯(lián)性，對(duì)可能引發(fā)故障的因素進(jìn)行排查驗(yàn)證，最終確定故障點(diǎn)，并針對(duì)故障隱患提出預(yù)防措施。該方法可為同類(lèi)故障的修理提供參考。

關(guān)鍵詞：駕駛儀測(cè)試組合；驅(qū)動(dòng)三極管；故障；測(cè)試

Keywords：drive test bed system；drive triode；fault；test

0 引言

某型導(dǎo)彈測(cè)試時(shí)，運(yùn)行到模擬飛行階段軟件判定為錯(cuò)誤，結(jié)果顯示舵系統(tǒng)通道檢查錯(cuò)誤。通過(guò)對(duì)比測(cè)試多枚正常的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)彈，舵系統(tǒng)通道檢查仍存在故障。為此，根據(jù)功能圖和原理框圖建立故障樹(shù)，分析故障原因。使用專(zhuān)用測(cè)試設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，定位故障元器件并進(jìn)行更換，故障排除后對(duì)組合進(jìn)行總體調(diào)試。在排查過(guò)程中總結(jié)修理方法，形成駕駛儀測(cè)試組合修理指導(dǎo)依據(jù)，并在故障分析中最大限度地利用專(zhuān)用測(cè)試設(shè)備測(cè)量的數(shù)據(jù)，甄別存在故障的環(huán)路，進(jìn)行有效的故障定位。

1 駕駛儀測(cè)試組合工作原理解析

被測(cè)試導(dǎo)彈的自動(dòng)駕駛儀為數(shù)字式電差動(dòng)駕駛儀和電動(dòng)泵液壓能源組合舵機(jī)伺服系統(tǒng)，其主要功能為：接收控制指令，自動(dòng)調(diào)節(jié)穩(wěn)定導(dǎo)彈的運(yùn)動(dòng)和實(shí)施對(duì)導(dǎo)彈的飛行控制。對(duì)其進(jìn)行測(cè)試的駕駛儀測(cè)試組合由硬件電路、按鍵開(kāi)關(guān)、CPU及通信電路、DIA轉(zhuǎn)換電路0隔離及功放電路、繼電器電路、電源電路等組成，硬件電路與測(cè)試軟件相互協(xié)調(diào)完成駕駛儀測(cè)試組合與主控計(jì)算機(jī)的通信，并實(shí)時(shí)控制偏置電流信號(hào)的輸出，同時(shí)實(shí)現(xiàn)各種地線的隔離和供斷電控制，對(duì)測(cè)試參數(shù)進(jìn)行判讀并生成數(shù)據(jù)報(bào)表。其功能原理圖如圖1所示。

2 故障原因分析

在對(duì)駕駛儀測(cè)試組合故障進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)時(shí)，關(guān)鍵是對(duì)測(cè)試故障參數(shù)的工作原理、故障形成原因、故障排除等進(jìn)行分析。

1）慣測(cè)組合故障

慣測(cè)組合測(cè)量的是彈體的角速度和線加速度信息，分別以模擬量和數(shù)字量?jī)煞N形式輸送到彈載計(jì)算機(jī)。其中，模擬量代表瞬時(shí)角速度和線加速度，數(shù)字量經(jīng)計(jì)數(shù)后代表該計(jì)數(shù)時(shí)間內(nèi)的角度增量和速度增量。彈載計(jì)算機(jī)接收到慣測(cè)組合送來(lái)的信息，由飛控軟件進(jìn)行導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)位置、速度和姿態(tài)的捷聯(lián)計(jì)算，III回路進(jìn)行穩(wěn)定傾斜姿態(tài)的控制解算，I、II回路進(jìn)行穩(wěn)定控制導(dǎo)彈側(cè)向運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)解算，將III回路控制信號(hào)與I、II回路控制信號(hào)進(jìn)行綜合分配，形成舵機(jī)控制信號(hào)控制舵面偏轉(zhuǎn)，從而完成對(duì)導(dǎo)彈飛行I、II、III回路的控制，如果此組合故障將引起舵系統(tǒng)通道檢查故障。

2）彈載計(jì)算機(jī)故障

彈載計(jì)算機(jī)是導(dǎo)彈飛行的指揮調(diào)度中心，在導(dǎo)彈發(fā)射前，與地面發(fā)射車(chē)計(jì)算機(jī)建立通信，配合發(fā)控系統(tǒng)完成導(dǎo)彈發(fā)射任務(wù)，并完成初始參數(shù)的裝訂，在飛行控制軟件的協(xié)調(diào)調(diào)度下完成以下工作：

● 通過(guò)可逆計(jì)數(shù)接口采集慣測(cè)組合輸出的6路脈沖量，獲得導(dǎo)彈的角度增量和速度增量，計(jì)算導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

● 通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換接口（10路中的6路）采集慣測(cè)組合輸出的6路模擬量，獲得導(dǎo)彈實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)的角速度和線加速度反饋信息。

● 通過(guò)異步串行通信接口接收無(wú)線電控制探測(cè)儀送來(lái)的K1、K2控制指令，結(jié)合反饋信號(hào)進(jìn)行校正、綜合和分配，形成舵面的控制信號(hào)，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換接口分配到各個(gè)舵機(jī)，驅(qū)動(dòng)舵面偏轉(zhuǎn)。如果此組合故障也會(huì)導(dǎo)致舵系統(tǒng)通道檢查故障。

3）駕駛儀測(cè)試組合故障

駕駛儀測(cè)試組合是以主控計(jì)算機(jī)為指揮調(diào)度中心完成自動(dòng)駕駛儀相關(guān)參數(shù)的測(cè)試，其硬件電路由按鍵開(kāi)關(guān)、CPU及通信電路、D/A轉(zhuǎn)換電路0隔離及功放電路、繼電器電路、電源電路等組成。在模飛過(guò)程中，主控計(jì)算機(jī)根據(jù)不同的測(cè)試項(xiàng)目通過(guò)RS-232異步串行口分別向測(cè)試組合發(fā)送命令代碼和控制數(shù)據(jù)，自動(dòng)駕駛儀測(cè)試組合根據(jù)接收的命令代碼和不同的控制數(shù)據(jù)，分別向自動(dòng)駕駛儀輸出相應(yīng)的模飛偏置電流，并控制模飛偏置電流的大小和持續(xù)時(shí)間。在自動(dòng)駕駛儀的偏置標(biāo)定過(guò)程中，首先由主控計(jì)算機(jī)通過(guò)RS-422異步串行口向自動(dòng)駕駛儀上傳測(cè)試軟件并啟動(dòng)運(yùn)行，待偏置電流信號(hào)施加完成后，主控計(jì)算機(jī)再根據(jù)不同的測(cè)試項(xiàng)目向自動(dòng)駕駛儀發(fā)送命令代碼，自動(dòng)駕駛儀根據(jù)命令代碼的不同分別進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)傳至主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理結(jié)果供模飛過(guò)程調(diào)用。在模飛過(guò)程中自動(dòng)駕駛儀測(cè)試組合對(duì)自動(dòng)駕駛儀施加所需的偏置電流信號(hào)，并控制偏置電流信號(hào)的大小和持續(xù)時(shí)間，該組合故障將導(dǎo)致舵系統(tǒng)通道檢查故障。

結(jié)合測(cè)試設(shè)備工作原理，羅列出可能造成舵面不偏轉(zhuǎn)的全部原因，并繪制故障樹(shù)，如圖2所示。

3 故障排除

3.1 導(dǎo)彈原因排查

為孤立故障原因，首先對(duì)導(dǎo)彈原因進(jìn)行排查。造成舵系統(tǒng)通道檢查故障的原因主要涉及慣測(cè)組合與彈載計(jì)算機(jī)兩個(gè)組合。根據(jù)導(dǎo)彈自駕測(cè)試原理可知，導(dǎo)彈轉(zhuǎn)電正常后，主控計(jì)算機(jī)向自動(dòng)駕駛儀測(cè)試組合發(fā)出0×15命令（表示轉(zhuǎn)電），自動(dòng)駕駛儀測(cè)試組合收到該命令后，按預(yù)定時(shí)序向彈上慣測(cè)組合施加六路偏置電流信號(hào)（激勵(lì)信號(hào)），慣測(cè)組合根據(jù)接收到的偏置電流信號(hào)，模擬產(chǎn)生導(dǎo)彈飛行過(guò)程中所敏感的角速度和加速度信號(hào)，該信號(hào)再經(jīng)慣測(cè)組合電路處理后送入彈載計(jì)算機(jī)中。彈載計(jì)算機(jī)運(yùn)行飛控軟件，以無(wú)控儀輸出的K1、K2指令和慣測(cè)組合輸出的彈體角速度和加速度參數(shù)為輸入進(jìn)行捷聯(lián)計(jì)算和回路計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果并同采集到的舵反饋電壓、控制指令、角速度、加速度、速度增量等48路參數(shù)經(jīng)RS-485通信送到輔測(cè)計(jì)算機(jī)。經(jīng)過(guò)對(duì)模飛曲線的判讀，可以證明慣測(cè)組合和彈載計(jì)算機(jī)工作正常。另外，經(jīng)過(guò)多發(fā)導(dǎo)彈測(cè)試的數(shù)據(jù)對(duì)比，初步可以排除彈上的問(wèn)題。

3.2 測(cè)試設(shè)備原因排查

使用駕駛儀測(cè)試組合測(cè)試臺(tái)對(duì)駕駛儀測(cè)試組合進(jìn)行測(cè)試，從測(cè)試結(jié)果可以看出Wx、Az兩路無(wú)信號(hào)輸出，可以初步判定為駕駛儀測(cè)試組合故障。電路主要由CPU及通信電路、D/A變換電路、隔離及功放電路、繼電器電路等幾部分組成，對(duì)組合的內(nèi)部電路進(jìn)行故障排查，具體如下。

1）CPU及通信電路故障排查

CPU芯片TMS320F206是硬件電路的控制核心，完成與主控計(jì)算機(jī)的通信并控制模飛電流信號(hào)的輸出。由于有其他四組模擬信號(hào)輸出，因此可排除CPU芯片TMS320F206故障的可能性。

2）D/A變換電路故障排查

D/A變換電路用于將CPU的數(shù)字控制信號(hào)變換為模擬電壓信號(hào)，一共需要6個(gè)通道的D/A變換電路，選用了兩片DAC8412，每片DAC8412使用三個(gè)通道輸出。兩片DAC8412分別對(duì)應(yīng)ωx、ωy、ωz和Ax、Av、Az信號(hào)。由于有其他四組模擬信號(hào)，因此可排除D/A變換電路故障的可能性。

3）隔離及功放電路故障排查

DAC8412輸出的Ax、Ay、Az通道的電壓信號(hào)均通過(guò)IS0124模擬量隔離器進(jìn)行隔離再送入各自的功放電路，這三路信號(hào)隔離后分別使用±12VA、±12VB、±12VC電源系統(tǒng)。DAC8412輸出的ωx、ωy、ωz通道的電壓信號(hào)沒(méi)有隔離直接送入各自的功放電路，兩片DAC8412和ωx、ωy、ωz通道的功放電路均使用±12V電源系統(tǒng)。功放電路采用OPA544驅(qū)動(dòng)放大為電流信號(hào)輸出，通過(guò)示波器采樣發(fā)現(xiàn)各路均有信號(hào)輸出，因此可排除隔離及功放電路故障的可能性。

4）繼電器電路故障排查

繼電器電路主要以程控的方式將輸出電流信號(hào)進(jìn)行短路，以控制自動(dòng)駕駛儀與測(cè)試組合之間的6路偏置信號(hào)傳輸通道的接通與斷開(kāi)。電路選用了三只JZC-098M/027-01型密封電磁繼電器，這種繼電器內(nèi)部集成瞬態(tài)抑制電路，用一個(gè)線圈控制四個(gè)常閉開(kāi)關(guān)。CPU芯片輸出的XF信號(hào)經(jīng)過(guò)GD316光耦隔離后，驅(qū)動(dòng)三個(gè)三極管放大電路來(lái)控制三個(gè)繼電器線圈。從測(cè)試數(shù)據(jù)中得知Wx、Az兩路無(wú)信號(hào)輸出，因此，通過(guò)X400信號(hào)輸出節(jié)點(diǎn)表（見(jiàn)表1）逐級(jí)進(jìn)行測(cè)量。

選用三用表進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)其中一路（V2）驅(qū)動(dòng)三極管發(fā)射極已擊穿，處于短路狀態(tài)，型號(hào)為3DK8E。故障器件如圖3所示。

4 組合總體調(diào)試

對(duì)駕駛儀測(cè)試組合電路板的故障器件進(jìn)行更換后，再對(duì)駕駛儀組合測(cè)試臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，各項(xiàng)數(shù)據(jù)檢測(cè)合格。對(duì)某型導(dǎo)彈進(jìn)行綜合測(cè)試，測(cè)試參數(shù)合格，故障排除，此次維修攻關(guān)完成。

5 預(yù)防措施

對(duì)故障器件進(jìn)行更換，對(duì)故障件電路板進(jìn)行振動(dòng)及溫循試驗(yàn)，試驗(yàn)后未出現(xiàn)其他故障。由于產(chǎn)品某些特殊器件的性能隨時(shí)間推移而逐步下降，因此在選用器件時(shí)，應(yīng)綜合考慮器件供方的資質(zhì)和工藝制作水平，并加強(qiáng)對(duì)供方的質(zhì)量監(jiān)督。

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作者簡(jiǎn)介

劉潔，助理工程師，主要從事導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)的維修與研究。

折雷，助理工程師，主要從事導(dǎo)彈總體系統(tǒng)的維修與研究。

王川，主要從事導(dǎo)彈總體測(cè)試與調(diào)試。

閆京生，主要從事導(dǎo)彈引戰(zhàn)系統(tǒng)測(cè)試與調(diào)試。

雷騰飛，主要從事導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)測(cè)試與調(diào)試。