数字控制器故障诊断.ppt

图3-2磁悬浮轴承数字控制器结构框图第25页,共58页，星期六，2024年，5月(1)微处理器故障问题：芯片损坏和程序跑飞①芯片损坏,这类故障指的是由于外界作用造成的芯片在物理上被破坏,或是内部电路被烧毁,以及由于使用时间过长,超过了芯片所规定的使用年限而造成的芯片老化失效。②程序跑飞,它是指DSP中的程序没有按照预先编写的顺序运行。实质是DSPPC(程序计数器)指向了一个不确定或者根本没有存放用户代码的程序存储空间。第26页,共58页，星期六，2024年，5月解决办法：设置软件陷阱和运用看门狗监控电路(watchdogtimer,WDT)电路框图如下图所示：第27页,共58页，星期六，2024年，5月图3-3双DSP数字控制器硬件体系结构第28页,共58页，星期六，2024年，5月工作原理：正常工作时,DSP1对磁悬浮轴承进行控制,DSP2监控DSP1的状态。一旦DSP1发生故障,则无法提供脉冲信号1，虽然看门狗电路1在短时间内无法作出反应,但是DSP2只要在一个控制周期内没有收到脉冲信号1则认为DSP1发生故障。它将停止对DSP1的监控,转而接收位移信号,完成对磁悬浮轴承的控制。第29页,共58页，星期六，2024年，5月(2)信号输入通道故障信号输入通道可能发生的故障：一个五自由度的磁悬浮轴承需要5个独立的信号输入通道来传输来自转子的5个方向的位移信号。若A/D转换芯片发生故障，信号输入通道的功能将完全丧失。第30页,共58页，星期六，2024年，5月解决办法：基于硬件冗余的故障诊断方法，仅需要5个备用通道就可以实现对信号输入通道故障的诊断及实时的处理。它的硬件框图如下图所示：第31页,共58页，星期六，2024年，5月图3-4信号输入通道硬件结构图第32页,共58页，星期六，2024年，5月工作原理：首先通过模拟开关将原信号输入通道和备用输入通道接通到3.3V基准电压信号。启动A/D转换，因为所有通道采样的都是固定的信号，因此转换得到的数字信号都将在一个定值附近小幅度的波动。倘若某一个原信号输入通道转换后的数字量偏离这个定值超过一定的范围，就可以判断这个通道出了问题。DSP在读取转换数据时，将放弃故障通道的结果，采用备用通道的转换结果。第33页,共58页，星期六，2024年，5月(3)信号输出通道故障信号输出通道可能出现的故障和输入通道可能出现的故障类似。磁悬浮轴承的控制需要数字控制器有5个独立的信号输出通道。解决办法：基于硬件冗余的故障诊断方法第34页,共58页，星期六，2024年，5月图3-5信号输出通道硬件框图第35页,共58页，星期六，2024年，5月工作原理：控制器增加了一块A/D芯片，用来将原信号输出通道的模拟信号重新转换成数字信号回传给DSP。若某一个信号输出通道输出的模拟信号经A/D转换后得到的数据无法还原为DSP先前发送给D/A芯片的数据，则控制器认为该通道发生了故障，并通过模拟开关输出备用输出通道的数据。第36页,共58页，星期六，2024年，5月改善后的高可靠性系统框图第37页,共58页，星期六，2024年，5月可靠性评估可靠性是指在规定的时间内、规定的条件下完成规定功能的成功概率。经过老练后，设备的可靠度就符合失效率为常数的指数模型：式中,λ为系统总失效率;t为系统要求的工作时间;K为环境系数;N为组成系统的元器件个数;λG为元器件的平均失效率;tm平均故障间隔时间。第38页,共58页，星期六，2024年，5月取N1=2（微处理器）N2=4（信号输入通道）N3=6（信号输出通道）K=1（按控制器所处环境为地面固定式）第39页,共58页，星期六，2024年，5月其中，串联系统的可靠性：并联系统的可靠性：原系统的可靠性：RC(t)=exp(-12x10-6)改进后的系统可靠性：Rc(t)=8exp(-12x10-6t)-4exp(-14x10-6t)-4exp(-16x10-6t)-2exp(-18x10-6t)+2exp(-20x10-6t)+2exp(-22x10-6t)-exp(-24x10-6t)第40页,共58页，星期六，2024年，5月图3-7磁悬浮轴承数字控制器可靠度曲线对比图第41页,共58页，星期六，2024年，5月一、磁悬浮轴承简介二、电磁轴承工作原理及数学模型三、控制器故障诊断四、传感器故障诊断五、总