PDF《舰船主动力装置故障隔离与参数估计方法》

1 3 ] 以两水箱系统为例, 研究了基于双 因果键 合图模型的故障诊断与隔离问题, 文献[

1 4 ] 提出了基于双因果键合图模型的参数估 计方法, 并以一小型的移动机器人为对象进行了 方法的验证. 针对舰船主动力装置的故障隔离与参数估计 的问题, 提出采用基于双因果键合图模型的定量 故障隔离与参数估计方法.

1 系统分析与建模 键合图理论最早由 P a y n t e r 教授在

2 0世纪

6 0 年代初提出, 后经推广, 逐渐成为一种系统动力学 图示建模方法[

1 5 ] .

1 .

1 舰船主动力装置键合图建模 图 1所示为某型舰主动力装置的键合图模 型, 该型舰采用的主机为

1 6 P A 6-

2 8

0 S T C涡轮增 压柴油机, 文献[

1 6 ] 建立了该型柴油机的键合图 模型并进行了详细的试验验证, 柴油机模型即采 用该模型.飞轮是保证柴油机连续运转的非常重 要的部件, 采用惯性元件 I f l y 对其进行建模.主机 通过离合器与齿轮箱接合, 在不考虑接合和脱开 操作的情况下, 离合器可以采用 C c u l 和Rcul进行表 示( 文献[

1 7 ] 建立了更为详细的离合器键合图模 型) , 分别为其扭转刚度和阻尼.变换器 T F表示 齿轮箱传动;

I p i n i o n , I g e a r , R p i n i o n , R g e a r 和Cgear分别表 示齿轮箱小齿轮转动惯量、 大齿轮转动惯量、 小齿 轮摩擦阻力、 大齿轮摩擦阻力和扭转刚度[

1 8 ] ;

C c o u p 和Rcoup分别表示万向联轴器的扭转刚度和阻 尼;

I s h a f t 和Rshaft分别表示轴系的转动惯量和摩擦 阻力;

R c p p 为螺旋桨, I v e s s e l 表示船体的质量.推力 轴承连接万向联轴器, 固定在船体上, 用于传递柴 油机功率和承受螺旋桨推力, 其简化成了以航速 为输入变量的阻力模块 R t h r u s t .模型中略去了部 分对模型整体动态特性没有影响并且故障率非常 低的部件, 例如用于连接主机与齿轮箱的高弹联 轴器、 水润滑轴承等. 根据造船厂提供的 主推进装置控制监测系 统测点表 , 除去部分辅助系统以及温度或开关量 测点, 与本研究对象相关的传感器测点有( 在图

1 所示的模型中进行了标明) : 柴油机转速传感器 D f ∶ N , 轴扭矩传感器 D e∶ τ s h a f t , 大齿轮和小齿轮 转速传感器 D f ∶ N p i n i o n 和D∶ N g e a r , 轴转速传感器 D f ∶ N s h a f t , 桨扭矩传感器 D e∶ τ c p p , 航速D f ∶ v s , 油 门齿杆位置传感器和柴油机功率传感器. 图1舰船主动力装置键合图模型 F i g .

1 B o n dg r a p hm o d e l o f t h em a r i n em a i np o w e r p l a n t ・

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1 ・ 国防科技大学学报第41卷

1 .

2 B G L F T故障建模 B G L F T故障建模[

1 9 ] 是在系统键合图模型的 基础上, 提供一种简洁明了的基于故障机理的图 示化故障建模方法, 采用该方法可以非常方便地 进行系统设备、 执行器和传感器等的故障模拟. 假设阻性元件 R n上作用有一个乘性故障, 如图2所示, 则其发生故障后输出的故障势变量大 小为: e F= R n ( 1+ F R) f R (

1 ) 式中, R n为阻性元件在正常状态下的阻性值, F R 为该乘性故障的故障因子. 图2阻性元件乘性故障方块 F i g .

2 B l o c kd i a g r a mo f a nR e l e m e n t w i t ha m u l t i p l i c a t i v ef a u l t 图 3所示为图 2对应的 B G L F T模型.其中, 故障因子 F n 前的负号 - , 是由 0节点和