[发明专利]一种液体火箭发动机推力调节伺服系统故障保护方法

摘要

本发明涉及一种液体火箭发动机推力调节伺服系统故障保护方法，该方法制定了液体火箭发动机工作过程流量调节伺服系统的保护原则；结合发动机在起动、转级、工况调节及关机不同工作阶段，确定保护策略与发动机工况时序关系；故障诊断和各项保护功能的具体实现方法，利用硬件检测和软件判读相结合的方式，诊断伺服系统的故障，分为6项故障保护功能，软件通过预置保护策略和保护阈值自动判断得出处置措施并驱动硬件实现。本发明在发动机工作过程对流量调节伺服机构进行故障诊断、安全处置，是保证液体火箭发动机系统安全的重要手段，提高了发动机在线检测和故障诊断能力。

主权项

1.一种液体火箭发动机推力调节伺服系统故障保护方法，其特征在于，包括下列步骤：1)在火箭发动机起动前，推力调节伺服系统上电，进行传感器断线检测，如果检测到断线，禁止伺服控制器操作、禁止电机动作、发送报警信号；如果没有检测到断线，进行步骤2)；所述推力调节伺服系统包括伺服控制器及由电机、减速器、失电制动器及传感器组成的伺服机组；所述传感器包括电机位置传感器、机组位置传感器及机组限位传感器，所述电机位置传感器用于检测电机的转动角度位置与速度，所述机组位置传感器用于检测减速器输出轴的位置；所述机组限位传感器用于检测伺服机组减速器位置是否超出运转范围：所述失电制动器用于对电机位置进行锁定；2)进行时统信号检测发动机点火启动前的准备阶段，发动机控制系统向伺服控制器发送时统信号，发动机控制系统检测伺服控制器是否接收到时统信号的状态反馈，如果是，进行步骤3)；如果否，发动机控制系统执行紧急停车程序、中止本次点火启动；3)伺服控制器开始执行推力调节时序，在推力调节中，进行推力调节伺服系统故障检测和保护：3.1)在发动机工作过程中，按一定周期对推力调节伺服系统进行故障检测，检测手段如下：3.1.1a)通过机组位置传感器检测减速器输出轴的位置，即伺服机组当前位置，通过软件判断机组是否运动至软件限位，如果是，则发生了软件限位故障；3.1.1b)通过机组限位传感器检测伺服机组是否动到电机限位处，如果是，则发生了硬件限位故障；3.1.2)通过一路A/D数据采集通道来采集电机驱动电压，通过软件判断电机是否发生欠压故障，如果是，则发生了欠压故障；3.1.3)通过另一路A/D数据采集通道来采集电机驱动电路的温度，通过软件判断电机驱动电路是否超过第一阈值，并且在一定时间内温升超过一定范围，如果是，则发生第一种超温故障；如果电机驱动电路超过第一阈值，但在一定时间内温升并没有超过设定范围，则发生第二种超温故障；若电机驱动电路超过第二阈值，则发生第三种超温故障；所述第二阈值大于第一阈值；3.1.4)通过电流检测电路检测电机驱动电流，通过比较电路判断电机驱动电流是否发生过流，如果是，则发生了第一种过流故障；同时，通过一路A/D数据采集通道来采集电机驱动电流，通过软件判断电机驱动电流是否发生过流，如果是，则发生了第二种过流故障；所述比较电路的阈值大于软件设定的阈值；3.1.5)在推力调节伺服系统的伺服控制器运行的PID控制算法中，将电流环的反馈输入进行阈值检测，判断是否超出阈值范围，如果是，则发生了过载故障；3.2)故障处理判断发动机是否处于初级以下工况，如果是，执行步骤A)‑D)；如果否，则发动机处于初级及初级以上工况，执行E‑G)；A)禁止对第一种过流故障进行保护的功能；B)判断所检测到的故障是否属于软件限位故障或过载故障，如果是限位故障，执行步骤C1)，如果是过载故障，执行步骤C2；如果即不是限位故障，也不是过载故障，则执行步骤D)；C1)进行软件限位保护，发送报警信号，不执行制动停机；C2)进行过载保护，发送报警信号，不执行制动停机；D)发送报警信号，不执行制动停机；E)开启对第一种过流故障进行保护的功能；F)判断所检测到的故障类型，如果是软件限位故障，执行步骤G1)；如果是过载故障，执行步骤G2；如果是硬件限位故障，执行G3)；如果是欠压故障，执行G4)；如果是第一种超温故障，执行G4)；如果是第二种超温故障，执行G5)；如果是第三种超温故障，执行G4；如果是第一种过流故障和第二种过流故障，执行G4)；G1)进行软件限位保护，发送报警信号，但不执行制动停机，回到步骤3.1)；G2)进行过载保护，发送报警信号，不执行制动停机，回到步骤3.1)；G3)限位传感器触发限位检测电路输出电平信号，判断电平信号的有效性，如果有效，执行制动关机；如果无效执行步骤3.1)；G4)执行制动关机；G5)在伺服控制器运行的PID控制算法中，限制IQ电流环设定值在电机驱动器最大输出电流的50％。