某型电动舵机反馈检查异常故障分析

吕谊鹏

摘要：反馈检查是某型舵机性能测试中的关键指标，直接决定着舵机能否正常工作。本文从故障现象、原因分析及故障排除等方面进行了深度剖析，为此类故障的快速诊断提供了可行方案。

关键词：电动舵机；反馈检查；原理分析

Keywords：electric actuator；feedback check；principle analysis

1 故障現象

舵机是某型装备控制系统中的执行机构，其工作状况直接决定装备的命中精度。该舵机由专用自动化测试设备进行通电检测，合格工作状态应在零位状态。某舵机在接收到激励信号时，电信号显示反馈检查异常，且转动轴直接偏转到极限位置。

2 舱机工作原理

图1所示为舵机工作原理框图，由控制放大组合提供28.5V直流电压驱动电机转动，电机通过机械传动带动磁粉离合器主动转子转动。控制放大组合接收到综合控制计算机信号后，向磁粉离合器发送激励信号，磁粉离合器中的激磁线圈接收到激励信号后带动从动转子转动。从动转子通过齿轮使偏心轴组件转动，偏心轴组件使转动轴带动舵翼转动，偏心轴组件转动的同时带动测速机与电位器转动。测速机与电位器向控制放大组合反馈速度信号和位置信号，控制放大组合根据接收到的速度信号和位置信号对磁粉离合器的激励信号进行修正，从而使舵机形成闭环控制。

3 故障原因分析

舵机反馈检查异常对舵机的工作有着决定性的影响。通过分析舵机的工作原理及连接关系可知，反馈检查异常不能正常工作，主要涉及磁粉离合器、电机、电位器、机械组件。按照故障树分析方法，以“反馈检查异常，不能正常工作”为顶事件建立故障树（见图2），对各种可能的故障分支和底事件进行分析。

3.1 磁粉离合器故障

磁粉离合器由主动转子、从动转子、激磁线圈、工作腔组成，主、从动转子之间的工作腔填有高导磁性磁粉。当激磁线圈无电流通过时，工作腔内的磁粉呈松散状态，主、从动转子之间无力的相互作用，磁粉离合器处于分离状态，没有转矩传递；当激磁线圈有电流通过时，工作腔内产生磁通，磁粉沿磁通方向呈链状连接起来形成磁粉链，磁粉离合器就处于结合状态，靠磁粉与磁粉、磁粉与工作面间的摩擦力和磁粉链间的抗剪力传递转矩。磁粉离合器的作用是根据控制放大组合不同的激励信号输出转矩给机械组件，从而带动输出轴套组件转动舵翼。

分解舵机后，使用直流电源模拟控制放大组合对磁粉离合器进行加电，磁粉离合器运行正常，因此可排除磁粉离合器故障的可能。

3.2 电机故障

电机由定子、转子组成。电机的作用是接收控制放大组合输出的28.5V电压，通过传动轴带动磁粉离合器主动转子转动。

分解舵机后，使用直流电源模拟控制放大组合对电机进行加电，电机运行正常，因此可排除电机故障的可能。

3.3 电位器故障

电位器包括固定电阻体、转动系统，由三个触点构成，其中两个触点为固定触点（Pin1、Pin3），一个触点为在动触点（Pin2）。固定触点的电阻值固定不变，通过改变在动触点在电阻体上的位置来改变在动触点与固定触点之间的阻值。电位器的作用是从在动触点通过机械组件与舵翼转动轴连接，向控制放大组合反馈舵翼的位置信号，使舵机形成闭环控制。

无法排除电位器故障的可能，需对电位器进行细致分析。

3.4 机械组件故障

机械组件作用时将磁粉离合器、电机、电位器等机动部件串联在一起。

分解舵机后，目视检查各机械组件均无异常，因此可排除机械组件故障的可能。

4 失效分析

检查电位器外观良好，无明显损伤（见图3），排除因外部损伤造成器件失效。

利用X射线检查电位器封装内的缺陷、损伤。经检查，未发现内部结构异常及多余物（见图4）。

对电位器进行电阻测量，得到三个触点之间阻值，如表1所示。

由表1数据可知，Pin2和Pin3之间的电阻值随在动触点的电阻值呈线性变化，Pin1与其他两只引脚之间的电阻值明显增大，不同状态下的电阻值都已经超过标称值要求，由此可确认电位器故障。

分解电位器，内部检查三个引脚的固定螺钉，Pin1引脚螺钉处螺钉螺帽可见机械磨损形貌（见图5），存在滑丝特征，且螺钉孔处有裂纹（见图6）。Pin2引脚无此特征。

再对内部电阻体（图5方框部位）作金相切片检查，Pin1引脚螺钉孔位与电阻体可见贯穿性裂纹（见图7～图10），电阻体已断开。

综上所述，电位器失效原因为电位器在制造时，在动触点Pin1的螺丝孔位端，在装配时螺钉受到较大的应力导致固定电阻体断裂引起阻值增大而失效。

5 故障排除

装备检测时，合格状态下控制放大组合通过闭环控制使电动舵机驱动舵翼达到零位状态，即舵反馈检查为0V。当电位器故障时，控制放大组合接收不到舵机传递的位置反馈信号，无法形成闭环控制，于是持续向磁粉离合器释放激励信号，导致磁粉离合器从动转子只能持续转动，使偏心轴组件带动转动轴持续偏转，舵翼持续偏转直到底，即反馈检查信号达到最大值-10V。

更换合格的电位器后，对舵机进行测试，各项指标均符合技术指标要求，故障排除。

6 结束语

舵机系统作为某装备控制与导航系统中的执行机构，对装备的命中率起着决定性的作用。舵机相比其他部件结构复杂，既有电子电路也有机械传动结构，在排故过程中除需观察电信号外还要观察机械传动结构表现，以便更加清晰准确地判断故障部位。