气动执行器故障诊断与容错控制的研究进展.pdf

《自动化仪表》第25卷第8期2004年8月
气动执行器故障诊断与容错控制的研究进展
Pro gess of Re search on Fault Dia gno stics and Tolerance Control for Pneumatic Actuator
师黎2费敏锐
(上海人学自动化系,上海2000)郑州大学电气学院,郑州450000
摘要分析了气动执行器的特性和可能发4的故障,及只故障诊断与容错控制难以实现的原因。综述了气动执行器的故障诊断技
术以及容错控制研究的情況。给出了气动执行器枚障诊断与容错控制今后的主要研究动向。
关键词气动执行器故障诊断容错控制现状进
Atract e characte et att an the faults ma ur are anal e Te eans of lt o imlement fault ia tics and
tolerance con ol a discussed. he technologs o aul sis pnum actors and itua on of olcrancc onol are esenbed omprch
sively. The major developing trend on Maut diagnostics and tolerance ont ml o! pncumatic actuate actuators is given
Kcy words Pneumatic actuator Hault diagnostics olerance control Current status ogress
高,能枚障诊断的研究受到高度重视。执行器的可
0引言
靠性是事关许多设备能否安全4产的关键问题。
所谓执行器,就是接受米自控制器的控制信号,灵敏的故障诊断系统可以冇效地监测和确定故障的发
作用于被控对象以调节被控量,保证系统的定和实生,迅速报告异常操作状,以避免故障恶化和毁灭性
现良好的性能指标。执行器是人们对工业过程实施灾难的发生,并且能根据获得的故障信总,采用相应控
控制的终端设备,直接关系到生过程的交全利可靠制策略来实现对故障的容错控制,以降低故障的发生,
工作。山」大多数执行器都是工作在恶劣的坏境ド,从而减少故障造成的损失。山」受非线性対象建模广
例如在高温、高压、强腐似、强扰等,执行器的故障法和理论的限制,非线性系统分析和控制理论的制约,
会引足4:产过釈停顿,甚至可能造成严重灾难。因作线性系统的故障诊断与容错控制是目前枚障诊断与
此,执行器的可靠性对整个系统的安全生产和稳定工容错控制研究的难点和热点问题。气动执行器巾于木
作起着关重要的作用。气动执行器作为执行器中身结构和材料的问题,存在固有的非线性、时滞、参数
最重要的一种,通常用于控制流体、气体和泥浆的流漂移、静摩擦与动摩擦以炇机械起始回程误差等特性
量。气动执行器具有的突出优点是:①价格低廉
困此,气动执行器故障诊断与容错控制是非常困难和
输出力/自重比值利输出力/体积比值均高;③啊应快具有挑战性的。
速:④易」维扪;⑤清洁;6易」得到使宜的驱动能源
等。?此,它作常广泛应用」工业过程控制、建筑机
气动执行器及其主要故障
械中?,据统计约占执行器(包括气动、液动和电动执
常規气动执行器的结构型式冇:薄膜型、淅塞型和
行器)中的70%~80%。近儿年,国内外的を家更是长行程型。下面是加拿人曼尼托巴人学机械工程系机
把气动执行器作为机器人的重要末端执行结构,例器人实验室的一个气动执行器。实验装置如图1所
如,人造肌肉就是利用编织气动肌肉执行器( braided小,该执行是一个造价低脈的五.缸三冲程电磁驱动
pneumatic muscle actuator,RMA)实现的,即执行器的长定向比例控制阀。在供气压力为100Pa时,该的最
度随着内部炷力的增加而减少,反之随着内部压力的大容量是70oL/min。执行器主要巾带2个圆柱的活塞
减少而胀长1。这种气动执行器具有传统气动执行组成。这种执行器具有非线性、时滞、参数漂移、静摩
器的所有优点,克服了它的缺点(即柔量人),因此越擦与动摩擦以及机械起始回程误差等,因此建模比较
米越多地应用在机器人系统上的。又如,把气动执行困难。其故障诊断和容错控制涉及非线性对象问
器应用布不仅要求准确定位,何且还要求具准确输出题,是目前故障诊断和容错控制研究的热点和难点间
力和低机械阻抗的精密装配线上。
髄着现代工业对系统性能和叮靠性的要求愈米愈
人工肌肉作为现代机器人肢体执行器的重要
PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION, Vol 25, NO8, Aug, 2004
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