位标器稳定回路角度漂移故障的排除
张琦瑞 / 军蓝科技集团总公司
摘要： 位标器是主动导引头用来稳定和跟踪目标的关键部件，对主动导引头的诸多性能有着重要影响。本文以位标器常见故障为研究对象，对其稳定回路角度漂移进行了故障的详细排查及定位。
关键词： 位标器；陀螺；自激；角度漂移
导引头是精确制导武器的核心设备之一，用来完成对目标的自主搜索识别和跟踪，并给出制导律所需要的控制信号，而位标器在以上工作中扮演着重要的角色，所以对位标器的常见故障进行研究很有必要。
通过上述比较，两种方案均能满足输送容量及电磁环境的要求；两种方案均能满足极限载流量2917 A，方案4年费用节约23.57万元，优于方案1。
1 故障情况
某型导弹位标器在角速度测试时超差，多次加电后故障不复现，之后对该产品进行温度循环试验和随机振动试验，故障时而复现时而消失。
位标器角速率测试时，先进行角度预定测试，通道Y和通道Z同时预定+10°再回零位。随后进行角速率预定测试，先进行通道Y测试，再进行通道Z测试。角速率预定输入值最初为-4°/s，运行时间10s，然后8°/s，运行10s，要求终值为-40°±4°。角速率测试正常曲线如图1所示，而故障角速率测试曲线如图2所示。
图1 角速率测试正常曲线
2 问题定位
从图1和图2可以看出，位标器角速率测试时，角度预定过程均正常，正常状态下角速率按照设定的4°/s运动，故障状态下运动角速度约为4.8°/s，运动速率变快，导致转角终值电压达到-48°，不满足技术条件要求。之后进行Z通道角速度测试，正常状态下Y方向应该保持在零位附近，故障状态下Y方向20s内已运行到-12°。上述过程说明，通道Z工作正常，而位标器通道Y稳定回路在运动时存在一个负方向的角度漂移，漂移值为0.6°/s～0.8°/s，导致运动速度变快。因此，将此故障现象定位为位标器通道Y角度漂移超差。
3 故障树分析
昼夜时钟节律系统是维护机体平衡发展的重要的内源性调节机制，然而也易受到多种病理生理的影响，当发生异常时可以引起机体内环境紊乱和多重疾病的发生[30]。本实验中，STZ诱导的糖尿病会对心肌时钟基因Bmal1及Per2的表达和心脏的组织结构产生影响，提示心肌时钟基因表达的异常可能是糖尿病引起心肌损伤的重要内源性机制。同时心血管系统具有明显的昼夜节律运行的特征，积极地关注糖尿病对内源性调节机制时钟基因的影响可能为糖尿病心肌病的治疗提供新的思路和方法。
定义位标器稳定回路角度漂移为顶事件，围绕陀螺展开排查，建立故障树，如图3所示。
1） 陀螺励磁信号故障
媳妇一跟我吵架，就哭着跑出去逛街购物，以发泄心中的不满。今天媳妇哭着对我说：“这日子没法过了，你已经一个星期没跟我吵架了。”
图2 角速率测试异常曲线
图3 故障树
3.1 陀螺再平衡回路故障
助攻是队员技术、意识、视野、创造机会与把握机会能力的综合体现，助攻次数多少与个人攻击能力、传接球技巧和同伴之间的默契配合有关。中国队助攻上的差距，从技术应用角度分析，主要是防守强度不够，防守时习惯保持一臂距离，这种防守方法对控球队员施加的压力较小，从而给了对手及时、准确传球，形成助攻的可能。从战术因素上分析，中国队以内线进攻为主，对手通过绕前、绕侧或前后夹击，防住内线队员接球路线后，后卫的助攻机会也随之减少。同时，内线高大队员移动中抢占到有利、舒适位置时，后卫的传球经常无法及时到位，使可能形成的助攻机会稍纵即逝，无法形成有效的助攻，影响了中国队的助攻次数。
2） 陀螺电源故障
陀螺励磁信号为位标器Z、Y通道陀螺共用信号，位标器电路板上励磁信号的输出只有一个节点，在伺服机构上两个陀螺励磁信号的输入端通过导线并联共用。位标器通道Z工作正常，说明位标器通道Z陀螺工作正常，进而说明陀螺励磁信号输出正常。同时对位标器陀螺线束进行检查，陀螺励磁信号接线端焊接良好，确认信号通路连接正常。因此排除陀螺励磁信号出现故障的可能。
位标器通道Y角度漂移超差主要受两个因素影响，一是位标器角速率输入信号，二是位标器内部性能指标超差。由于位标器角速率的输入信号为信息处理机同一个信号，通过选通开关分时复用，其中通道Z未出现角度漂移超差现象，即可以排除位标器角速率输入信号的影响，将故障定位在位标器内部性能指标超差上。那么，影响位标器内部性能指标的重要结构就是陀螺，应先从陀螺入手着重排查。
根据美国采暖、制冷与空调工程师学会（ASHRAE）提出的标准，“冷水机房全年综合能效”在0.85kW/ton以下的为高效能机房，即COP值4.4以上，在1.0kW/ton以下的为需要改造的机房，即COP值3.5以下。可见本机房能效高于国内平均水平，在低负荷工况下，其COP值将更高。冷冻机系统运行能耗情况如表3所示。
3） 陀螺再平衡回路故障
陀螺电源将位标器的一次电源+27v变化为三相400Hz的交流电源信号，为陀螺马达提供供电电源，Z、Y通道陀螺共用。陀螺电源输出一路信号，伺服机构上两个陀螺马达电源输入端通过导线并联，位标器某一通道陀螺工作正常，说明陀螺电源电路正常。因此排除陀螺电源故障的可能。
位标器再平衡回路由相敏解调电路、超前校正电路、滞后校正电路和功率放大电路四个主要部分组成，如图4所示。
相敏解调电路将陀螺励磁输出信号解调为与陀螺敏感角速度成比例的直流信号，如果相敏解调电路出现故障，将导致解调出的信号幅度发生变化，或是无解调输出信号。解调输出信号幅度发生变化将使陀螺再平衡回路变宽或引起增益变化，导致位标器稳定回路参数变化，影响系统的稳定性；无解调输出信号将导致陀螺再平衡回路无输出信号，位标器将切换到稳定回路飞车。
陀螺再平衡回路校正环节由运算放大器和电阻、电容组成，如果校正电阻和电容阻值发生变化，陀螺回路增益和带宽也将发生改变，变化较大时将影响稳定回路增益和相位储备，进而影响稳定回路的稳定性，导致稳定回路产生振荡，如果振荡发散将导致位标器失控。
陀螺功放电路为集成功率放大电路，如果功放电路中的器件发生故障，将导致陀螺输出信号异常，可能出现陀螺输出信号满偏到供电电源电压的情况，或是陀螺功放电路无输出信号。无论是输出信号满偏还是为零，都将导致稳定回路飞车。
两组患者护理满意度对比，详见表1。观察组患者的总满意度高于对照组，组间比较，差异具有统计学意义（P＜0.05）。
以上分析表明，没有能够产生稳定的速度漂移的故障模式，因此排除陀螺再平衡电路故障的可能。
3.2 陀螺表头故障
位标器为两轴稳定常平架结构，使用某型液浮陀螺实现速度反馈和视轴稳定，陀螺参与位标器稳定回路闭环工作。陀螺回路包括陀螺电源、陀螺再平衡回路、陀螺励磁信号和陀螺表头。陀螺电源启动陀螺，使陀螺马达转速达到同步，以形成所需的角动量；陀螺励磁信号向陀螺传感器提供正弦交流信号；陀螺传感器输出交流信号经过陀螺再平衡回路相敏解调和校正后，驱动陀螺力矩器产生力矩。
图4 陀螺再平衡回路
对于陀螺来说，多余物是影响其质量的重要因素。若多余物出现在轴承与轴尖之间，将使轴承摩擦力矩增大，甚至出现卡滞现象，导致陀螺零位输出电压异常，从而导致稳定回路角度漂移异常；若多余物在随机的振动试验中从卡滞位移开，则陀螺零位输出电压正常，能正常工作。
4 结论
以上分析和实际排故发现，在轴承与轴尖之间卡有多余物，导致轴承摩擦力矩增大，从而使陀螺零位输出电压异常，出现稳定回路角度漂移异常故障。
参考文献
［1］王琮,赵剡,祝君冬. 基于虚拟仪器技术的导引头位标器振动性能测试系统设计[J]．微计算机信息，2005-5．
［2］葛太坤,张化良,赵剡. 位标器测试中天线和陀螺的负载仿真模型研究[J]．科技资讯，2007-26．
［3］刘建东. 某型号导弹位标器对跟踪能力的影响[J]. 沈阳航空工业学院学报,2007-5．
Troubleshooting of Angle Drift Failure to the Stable Loop of Position Marker
Keywords： position marker；gyro；self-excitation；angle drift
作者简介
张琦瑞，主要从事装备维修和保障技术研究。
标签：位标器论文; 陀螺论文; 自激论文; 角度漂移论文; 军蓝科技集团总公司论文;