基于故障树的某光电转台故障诊断分析

赖文娟　曾刊　张云龙

[摘 要]针对某光电转台的故障问题，运用故障树诊断手段对引发故障原因的事件予以识别和排查分析，结合故障机理确定排除故障的改进措施。为保证改进措施的有效性，对故障问题予以复现，并对所采取的措施进行验证。验证结果表明：转台故障原因明确，基于该光电转台的故障树诊断分析手段可操作性强；所采用的改进措施有效，能有效消除故障，保障转台稳定运行，能够为分析装备失效原因提供有益参考。

[关键词]光电转台；故障树；故障诊断；故障机理；装备失效

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.14.026

[中图分类号]TH165.3 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2018）14-00-03

高精度的光电瞄准系统是各军事强国海、陆、空、天等各种激光通信武器系统，能够在恶劣的天气条件下对远距离小目标进行全方位精确跟瞄和精确打击，在军事领域、星载、机载激光通信、空中航拍和环境监测等领域具有广泛应用，是近年来大力发展的新型武器系统。

光电转台是高精度的光电瞄准系统光电设备的承载平台，是保证光电瞄准系统指向精度的重要部件，光电转台工作的可靠性是科研开发人员在设计过程中必须考虑的问题。故障树分析又称失效性分析FAT（Fault Tree Analysis），即采用故障树分析手段对系统失效部位的故障机理进行分析，具有思路明晰、便捷实用、可操作性强的特点。

1 光电转台架构

光电转台包括1个二轴转台和与其配套的伺服装置组成，其中伺服装置包括转台方位伺服、转台俯仰伺服、转台方位及俯仰锁紧驱动器，转台方位轴和俯仰轴均采用直流力矩来驱动，锁紧则采用微型伺服电机来驱动。

转台、控制箱、外部设备之间的电缆连接关系如图1所示。工作时，双轴平台由控制箱中的DC/DC供电，由控制盒根据上一级的指令控制转台的运动（控制箱上的连接器编号用XSm、XSn表示）。

2 光电转台故障树建立与分析

2.1 光电转台故障现象

打开光电防护电源开关4秒以后再升起升降平台，光电转台将不会执行自检动作，并且后续涉及假目标操作时，光电转台不会按正常情况偏转（即转台不响应运动指令）。而打开光电防护电源开关后短时间（约4秒钟）内启动升降平台开关控制升降平台上升，则光电转台工作正常。

2.2 建立故障树模型

根据光电转台组成架构和转台、控制箱、外部设备之间的电缆连接图（见图1），建立光电转台不响应运动指令的故障树模型（见图2），根据故障树顶事件找出所有可能导致故障现象的直接原因，并以此类推逐级进行故障诊断分析，直至找到引起光电转台本次故障的原因。

2.3 故障树定性分析

根据故障树模型对光电转台不响应运动指令故障问题的排查过程如下。

2.3.1 A1、A3事件排查

技术人员现场测试，具体操作流程为：先打开光电防护电源开关后短时间（约4秒钟）内把升降平台开关扳到“升”（控制升降平台上升），观察光电转台工作状态；然后将升降杆回收至起始位置，断电，再打开光电防护电源开关后短时间（约4秒钟）内把升降平台开关扳到“升”（控制升降平台上升），观察光电转台的工作状态。以上操作共重复30次，光电转台工作状态均无异常，由此排除了A1事件（即电缆无断裂，转台的上级指令设备无故障）和A3事件（转台控制器、驱动器、电机均无故障）。

2.3.2 A2事件（转台进入保护状态）排查

（1）A2.1事件“解锁失败”排查。由于转台上电后会先进行解锁，且必须在解锁成功后才能执行中转台运动指令，因此A1、A3事件的排查结果同时也证明了无“解锁失败”故障，由此排除了A2.1事件。

（2）A2.2事件“电源欠压”排查。由于在电源电压低于22 V时，转台也会进入保护状态，关断电机驱动器输出（控制器可在18～36 V电压的环境中正常工作），转台不会产生运动，因此A1、A3事件的排查结果同时也证明了无“电源欠压”故障，由此排除了A2.2事件。

（3）A2.3事件“转台驱动器过流”排查。如果驱动器输出短路，转台也会进入保护状态，关断电机驱动器输出，转台不再运动，因此A1、A3事件的排查结果同时也证明了无“电机驱动器输出被短路”故障，由此排除了A2.3.1事件。

2.3.3 A2.3.2事件“转台运动过程中卡滞”验证

技术人员现场测试，如果在升降杆回收状态打开光电防护设备电源开关4秒以后再升起升降平台，转台将不会执行自检动作，并且后续涉及假目标操作时，转台不会按正常情况偏转（即转台不响应运动指令）。

由于转台在上电4秒钟后，就自动执行解锁和归零动作，而此时如果与转台方位轴固连的盖板（上）和与车舱固连的盖板（下）处于扣合状态，那么执行归零动作会卡滞，以致方位电机驱动器过流而进入保护状态。为验证此事，专门进行了以下测试。

先保持转台上电、归零状态，收回升降杆，当降至两盖板开始扣合时，电机电流明显上升，即出现了堵转，待上下盖板扣合后，经测试转台方位角偏离零点约10 mrad，即在盖板扣合状态确实会出现零点偏离。为了确保结论无误，需要进行再次验证，在两盖板扣合状态下开始上电，4秒钟后再命令升降平台上升，转台确实进入不响应运动指令的状态。

结合故障现象、现场测试情况以及转台控制方式分析，故障原因应是在上电至出现转台不响应动作指令前，出现了保护，关断了电机驱动器的输出，该保护动作在下次上電后才能消除光电转台故障现象。结合问题定位分析过程，可以判定，归零运动过程中转台受扣合的上、下盖板的阻挡引起驱动器过流，导致转台进入保护状态就是引起本次故障的原因，即由A2.3.2事件引起了故障。

3 故障机制确认

当升降杆处于收回状态时，与转台方位轴系固连的盖板与下盖板扣合，下盖板与转台基座固连。这种扣合除了能够防雨外，还能限制转台方位轴系的运动，起到保护作用。

上电时，由于转台没有独立的控制开关，只要控制箱上电，转台就同时上电，转台控制器启动约4秒钟后，就会自动解锁并归零。而盖板扣合时，由于转台安装精度和盖板扣合精度的影响，会造成转台方位偏离零位，如果此时转台执行归零动作，必然会受到卡滞，引起电机驱动器过流，为避免电机长时间堵转损坏，控制器执行保护动作，切断电机驱动器输出，电机不再出力，此时控制器仍在工作，但只响应“查询”指令，不再执行有关转台运动的指令。

结合故障机制分析，确定排除故障的改进措施为：优化转台上电后操作使用流程的控制程序，保证系统一上电即让升降杆执行上升动作，在4秒内上、下盖板脱离扣合状态，转台在执行归零动作时不会受盖板之间的卡滞，不会进入保护状态，不会出现上述问题。

设计人员通过现场对出现不响应指令现象的、优化上电后操作使用流程的控制程序的转台进行独立供电，共开关机35次验证改进措施的有效性。改进措施验证结果表明：转台故障原因明确，基于该光电转台的故障树诊断分析手段可操作性强；所采用的改进措施有效，能有效消除故障，保障转台稳定运行。

4 问题复现

为确认故障机理，技术人员现场再次进行了问题复现验证，具体情况如下：如果一上电即让升降杆执行上升动作，那么光电瞄准系统转台工作正常；如果上电后延时（4秒以上）让升降杆执行上升动作，那么转台出现不响应动作指令问题。经过10次重复操作，确认本故障能够确切、稳定地复现。

5 结 语

本文通过对某光电瞄准系统转台的故障问题进行识别，建立了该系统光电转台不响应运动指令的故障树模型，并按照故障树模型运用故障树诊断手段对引发故障原因的事件予以排查分析，定位导致光电瞄准系统转台工作失效的故障原因，结合故障机理分析从而找到光电转台工作失效的改进措施，通过现场验证实例证明该改进措施的有效性。本文旨在为光电转台工程应用中分析装备失效原因、找到可能引发故障事件间的联系、弄清楚故障机制提供有益参考。

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