इलेक्ट्रो-हाइड्रोस्टैटिक एक्ट्यूएटर के लिए अनुकूली फिल्टर और घूर्णी गति अनुमान के आधार पर एक दोष पहचान विधि का डिजाइन और अनुप्रयोग
Summary
इस पेपर में, इलेक्ट्रो-हाइड्रोस्टैटिक एक्ट्यूएटर (ईएचए) के विद्युत और हाइड्रोलिक दोषों का पता लगाने के लिए एक सामान्यीकृत कम से कम औसत वर्ग (एनएलएमएस) एल्गोरिदम और एक घूर्णी गति आकलन विधि के आधार पर एक अनुकूली फ़िल्टर पेश किया जाता है। उपरोक्त विधियों की प्रभावकारिता और व्यवहार्यता सिमुलेशन और प्रयोगों के माध्यम से सत्यापित की जाती है।
Abstract
इलेक्ट्रो-हाइड्रोस्टैटिक एक्ट्यूएटर (ईएचए) एक आशाजनक एक्ट्यूएटिंग उपकरण है जिसका उपयोग इसके उच्च शक्ति घनत्व और कम रखरखाव के कारण अधिक इलेक्ट्रिक विमान (एमईए) के लिए उड़ान नियंत्रण प्रणालियों में किया जाता है। चूंकि बढ़ती जटिलता के साथ सिस्टम की विश्वसनीयता कम हो जाती है, इसलिए दोष का पता लगाना तेजी से महत्वपूर्ण होता जा रहा है। इस पेपर में, एक अनुकूली फिल्टर को एक सामान्यीकृत कम से कम औसत वर्ग (एनएलएमएस) एल्गोरिथ्म के आधार पर डिज़ाइन किया गया था, जो ईएचए में विद्युत दोषों का पता लगाने के लिए ऑनलाइन मोटर घुमावदार के प्रतिरोध की पहचान कर सकता था। इसके अतिरिक्त, घूर्णी गति और विस्थापन के बीच विश्लेषणात्मक संबंधों के आधार पर, एक घूर्णी गति आकलन विधि तैयार की गई थी। अनुमानित के साथ वास्तविक घूर्णी गति की तुलना करके, हाइड्रोलिक दोषों का पता लगाया जा सकता है। उपरोक्त विधि की प्रभावकारिता को सत्यापित करने के लिए, मॉडलिंग और सिमुलेशन के लिए सॉफ्टवेयर लागू किया गया था, जिसमें गलती इंजेक्शन और पता लगाना शामिल था। इस आधार पर, एक प्रयोगात्मक मंच बनाया गया था और फिर सत्यापन प्रयोगों की एक श्रृंखला के अधीन किया गया था। परिणाम बताते हैं कि गलती का पता लगाने की विधि में ईएचए में विद्युत और हाइड्रोलिक दोषों का पता लगाने की क्षमता है।
Introduction
इलेक्ट्रो-हाइड्रोस्टैटिक एक्ट्यूएटर (ईएचए) अधिक इलेक्ट्रिक विमान (एमईए) में उड़ान नियंत्रण के लिए एक महत्वपूर्ण घटक है। ईएचए की विशिष्ट संरचना चित्रा 1 में दिखाई गई है। इसकी कॉम्पैक्ट संरचना पारंपरिक हाइड्रोलिक सर्वो एक्ट्यूएटर (एचएसए) 1 की तुलना में उच्च शक्ति घनत्व, कम रखरखाव और उच्च दोष सहिष्णुता और सुरक्षा की गारंटी देती है। हालांकि, ईएचए की वर्तमान विश्वसनीयता अधिक इलेक्ट्रिक विमान2 की व्यावहारिक आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकती है। नतीजतन, ईएचए के डिजाइन में अतिरेक तकनीक पेश की गई है। अतिरेक तकनीक की प्रभावशीलता को अधिकतम करने के लिए, सिस्टम की ऑपरेटिंग स्थिति की निगरानी एक गलती का पता लगाने की विधि3 द्वारा की जानी चाहिए। उस स्थान के अनुसार जहां दोष होता है, ईएचए के दोष मोड को सर्वो नियंत्रक दोषों और पावर कंट्रोल यूनिट (पीसीयू) दोषों में विभाजित किया जा सकता है। पीसीयू दोषों को आगे सेंसर दोष, इलेक्ट्रोमैकेनिकल यूनिट दोष और हाइड्रोलिक यूनिट दोषों में विभाजित किया जा सकता है। सर्वो नियंत्रक के दोष तंत्र का ईएचए शरीर के साथ बहुत कम संबंध है, और सेंसर की गलती की संभावना उपकरण घटक4 की तुलना में बहुत कम है। इसलिए, हम इस पेपर में इलेक्ट्रोमैकेनिकल यूनिट और हाइड्रोलिक यूनिट के दोषों पर ध्यान केंद्रित करते हैं।
इलेक्ट्रोमैकेनिकल यूनिट दोषों में मोटर ड्राइव मॉड्यूल दोष और ब्रशलेस डीसी मोटर (बीएलडीसीएम) दोष शामिल हैं। आम तौर पर, पावर ड्राइव इलेक्ट्रॉनिक्स (पीडीई) दोष (जैसे, एक शॉर्ट-सर्किट दोष, एक ओपन-सर्किट दोष) की संभावना अपेक्षाकृत अधिक है। जब शॉर्ट-सर्किट फॉल्ट होता है, तो पीडीई करंट थोड़े समय में तेजी से बढ़ता है, जिससे मोटर शटडाउन या विद्युत घटकों को नुकसान जैसे गंभीर परिणाम होते हैं। यद्यपि मोटर एक ओपन-सर्किट दोष होने के बाद अपनी कामकाजी स्थिति को बनाए रख सकता है, अन्य विद्युत घटकों के लिए ओवरकरंट और ओवरवोल्टेज अभी भी अपरिहार्य हैं, और द्वितीयक दोष परिणामस्वरूपहो सकते हैं। बीएलडीसीएम के लिए, मोटर घुमावदार शॉर्ट सर्किट या ओपन सर्किट6 से दोषों के लिए सबसे अधिक प्रवण होते हैं। इलेक्ट्रोमैकेनिकल इकाई में पीडीई संबंधित मोटर घुमावदार के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ है। पीडीई में दोषों से निपटने के दौरान मोटर घुमावदार के लिए डिज़ाइन की गई गलती का पता लगाने की विधि भी प्रभावी है। इसलिए, मोटर और पीडीई दोनों सहित इलेक्ट्रोमैकेनिकल यूनिट दोषों का ऑनलाइन पता लगाया जाना चाहिए।
हाइड्रोलिक यूनिट दोषों में निश्चित-विस्थापन पिस्टन पंप, एकीकृत वाल्व ब्लॉक और एक्ट्यूएटिंग सिलेंडर 7 में दोष घटनाएं शामिलहैं। ईएचए का पिस्टन पंप पिस्टन, स्वाश प्लेटों और वाल्व प्लेटों से बना है; वाल्व प्लेट की सील और पहनने को नुकसान गलती8 के मुख्य रूप हैं। ये दो फॉल्ट मोड पंप के रिसाव को बढ़ाते हैं। आउटपुट प्रवाह और दबाव में असामान्य परिवर्तन होते हैं और अंततः, एक्ट्यूएटिंग सिलेंडर की गति में कमी और सिस्टम के सर्वो प्रदर्शन में कमी आती है। एकीकृत वाल्व ब्लॉक के दोष मोड में एक दबाव वाले जलाशय दोष, एक चेक वाल्व दोष, एक राहत वाल्व दोष और एक मोड चयन वाल्व दोष शामिल हैं। दबाव वाला जलाशय आमतौर पर उच्च विश्वसनीयता के साथ एक आत्म-बढ़ाने वाले डिजाइन को अपनाता है। जब कोई दोष होता है, हालांकि, अपर्याप्त चार्ज दबाव पंप के गुहिकायन का कारण बनता है, जिसके परिणामस्वरूप असामान्य आउटपुट प्रवाह होता है। स्प्रिंग थकान, घटक पहनना और विरूपण चेक वाल्व और राहत वाल्व में सामान्य गलती मोड हैं। एक चेक वाल्व दोष एक रिवर्स रिसाव के रूप में प्रस्तुत होता है, जो सीधे असामान्य प्रवाह की ओर जाता है। एक राहत वाल्व दोष एक अमान्य सुरक्षा समारोह की ओर जाता है, जिसके परिणामस्वरूप असामान्य दबाव होता है। मोड चयन वाल्व के सामान्य दोष रिटर्न स्प्रिंग और टूटे हुए तार कॉइल की विफलता हैं। पूर्व कार्य स्थिति के इन-करंट स्विचिंग का कारण बनता है, जिससे एक्ट्यूएटिंग सिलेंडर की असामान्य गति होती है। एक एक्ट्यूएटिंग सिलेंडर दोष के परिणामस्वरूप स्थिति नियंत्रण परिशुद्धता और गतिशील प्रदर्शन में कमी आती है। सारांश में, हाइड्रोलिक इकाइयों के दोष असामान्य प्रवाह और दबाव 9 का कारणबनते हैं। चूंकि प्रवाह और मोटर घूर्णी गति एक ईएचए प्रणाली में लगभग आनुपातिक होती है, इसलिए अचानक दोषों के कारण असामान्य प्रवाह और दबाव का पता लगाने के लिए घूर्णी गति की ऑनलाइन निगरानी की जा सकती है।
पहले उल्लिखित इलेक्ट्रोमैकेनिकल यूनिट दोषों और हाइड्रोलिक यूनिट दोषों के उद्देश्य से संबंधित दोष का पता लगाने के तरीकों को डिजाइन करने की आवश्यकता है। इलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम में दोष का पता लगाने के तरीकों में मुख्य रूप से राज्य आकलन और पैरामीटर पहचान10 शामिल हैं। एक राज्य पर्यवेक्षक प्रणाली के गणितीय मॉडल के आधार पर बनाया जाता है जो एक राज्य अनुमान बनाता है और पर्यवेक्षक द्वारा उत्पन्न अवशिष्ट अनुक्रम का विश्लेषण करके दोष निर्धारित करता है। अल्कोर्टा एट अल ने वाणिज्यिक विमान में कंपन दोष का पता लगाने के लिए दो सुधार शब्दों के साथ एक सरल और नवीन नॉनलाइनियर पर्यवेक्षक का प्रस्ताव दिया, जोअत्यधिक प्रभावी है। हालांकि, इस प्रकार की विधि को पर्यवेक्षक की मजबूती समस्या को हल करना चाहिए। दूसरे शब्दों में, इसे मॉडल त्रुटि या बाहरी गड़बड़ी जैसी गैर-गलती जानकारी के कारण अवशिष्ट अनुक्रम में परिवर्तन को दबाना चाहिए। इसके अलावा, इस विधि को अक्सर बहुत सटीक मॉडल जानकारी की आवश्यकता होती है, जो आमतौर पर व्यावहारिक इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में एकत्र करना मुश्किल होता है।
पैरामीटर पहचान विधि सिस्टम में महत्वपूर्ण मापदंडों की पहचान करने के लिए कुछ एल्गोरिदम को नियोजित करती है। जब कोई दोष होता है, तो संबंधित पैरामीटर मान भी बदल जाता है। इसलिए, मापदंडों में परिवर्तन का पता लगाकर दोषों का पता लगाया जा सकता है। पैरामीटर पहचान विधि को अवशिष्ट अनुक्रम की गणना की आवश्यकता नहीं होती है, इसलिए यह पहचान सटीकता पर गड़बड़ी के प्रभाव से बच सकता है। अनुकूली फिल्टर का व्यापक रूप से इसके आसान कार्यान्वयन और स्थिर प्रदर्शन के कारण पैरामीटर पहचान में उपयोग किया गया है, जिसका अर्थ है कि यह इलेक्ट्रोमैकेनिकल फॉल्ट डिटेक्शन12 के लिए एक अनुकूल और व्यवहार्य विधि है। झू एट अल ने कर्नेल अनुकूली फिल्टर के आधार पर एक नई बहु-मॉडल अनुकूली आकलन दोष पहचान विधि का प्रस्ताव दिया, जो वास्तविक उड़ान स्थिति मूल्य के आकलन और अच्छे प्रदर्शन के साथ ऑनलाइन एक्ट्यूएटर गलती का पता लगाने का एहसास करताहै।
पिछले शोध का उल्लेख करते हुए, संबंधित दोष का पता लगाने के तरीकों को डिजाइन किया गया है। विद्युत दोष होने पर घुमावदार का प्रतिरोध अचानक बदल जाता है, जैसे कि ओपन-सर्किट दोष या शॉर्ट-सर्किट दोष। इसलिए, घुमावदार के प्रतिरोध की पहचान करने के लिए एनएलएमएस एल्गोरिदम के आधार पर एक अनुकूली फ़िल्टर डिज़ाइन किया गया था, जो यह निर्धारित कर सकता है कि विद्युत दोष हुआ है या नहीं। पैरामीटर वेक्टर के परिवर्तन को कम करने के लिए एनएलएमएस एल्गोरिदम के साथ एक अनुकूली फिल्टर का संयोजन एक बेहतर और तेज अभिसरण प्रभावकी ओर जाता है। हाइड्रोलिक यूनिट दोषों के लिए, पंप की घूर्णी गति और एक्ट्यूएटिंग सिलेंडर की स्थिति के बीच स्पष्ट विश्लेषणात्मक संबंध के आधार पर एक घूर्णी गति आकलन एल्गोरिदम प्रस्तावित किया गया था। वास्तविक समय में वास्तविक गति के साथ अनुमानित घूर्णी गति की तुलना करके ईएचए हाइड्रोलिक दोषों का ऑनलाइन पता लगाया गया था।
इस पेपर में, सिमुलेशन और प्रयोगों के संयोजन की एक परीक्षण विधि अपनाई गई थी। सबसे पहले, ईएचए का एक गणितीय मॉडल बनाया गया था, और प्रस्तावित गलती का पता लगाने की विधि के लिए एक सिमुलेशन किया गया था। सिमुलेशन में गैर-दोष और गलती इंजेक्शन स्थितियों में पहचान विधियों का सत्यापन शामिल था। फिर, वास्तविक सर्वो नियंत्रक में दोष का पता लगाने की विधि का एहसास किया गया था। अंत में, सिमुलेशन और प्रयोगों के परिणामों का विश्लेषण किया गया और दोष का पता लगाने की विधि की प्रभावकारिता का मूल्यांकन करने के लिए तुलना की गई।
Protocol
Representative Results
Discussion
इन प्रयोगात्मक चरणों का संचालन करते समय, सटीक गणना परिणाम प्राप्त करने के लिए एल्गोरिदम की वास्तविक समय क्षमता सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण था। सिग्नल अधिग्रहण प्रक्रिया में सफेद शोर को वास्तविक सेंस?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को चीनी नागरिक विमान परियोजना (संख्या एमजे-2017-एस 49) और चीन द्वारा समर्थित किया गया था
पोस्टडॉक्टरल साइंस फाउंडेशन (संख्या 2021 एम 700331)।
Materials
| LabVIEW | NI | NI LabVIEW 2018 | |
| Matlab/SIMULINK | MathWorks.Inc | R2020a | |
| Personal Computer | Lenovo | Y7000 2020H | |
| 24V Switching Power Supply | ECNKO | S-250-24 | |
| Programmable Current Source | Greens Pai | GDP-50-30 |
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