摘要：随动系统是一种位置反馈控制系统，由粗、精双通道自整角机构成的检测线路，发送机通过位置改变产生失调角，接收机控制绕组输出控制电压信号，控制电压信号经放大环节进行功率放大后，控制执行机构向协调位置转动，同时引入反馈校准电路，提高系统的快速性，减少位置超调量，使随动控制系统克服惯性影响，完成位置的精准控制。随动系统在实际使用过程中，也存在存在诸多故障，任何一个环节发生故障，都可能导致系统无法运行或出现失控的风险，通过对随动系统性能进行分析，对产生故障的原因进行故障诊断，对存在的风险进行控制，针对其故障现象进行快速定位和排查，最后进行分析总结，提高对随动系统的运用。

关键词： 随动系统;粗精双通道检测线路;性能分析;故障诊断;

引言

随着现代科学技术的飞速发展，自动控制技术在实际中的运用日趋广泛，自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态自动的按照某个预定的规律运行。

1 随动系统组成及工作原理

随动系统由测量环节、放大环节、执行环节、反馈校准电路组成;

1.1 测量环节

为了克服自整角机本身的制造误差，提高随动系统的控制精度，采用了粗精双通道测角线路，如下图：

图中KFC为粗读数发送机，KFj为精读数发送机，粗、精发送机的转子通过机械齿轮相连接，传动比为1：15，即粗读数自整角机转子转1º，精读数自整角机转子转15 º。

在接收机中，粗读数接收机KBC与产品1：1的传动比相连接，粗读数接收机的转子与也以1：15的传动比与精读数接收机的转子相连接，即产品转1 º，粗读数自整角机的转子转1 º，精读数接收机的转子KBj转15 º。

粗读数发送机KFC和精读数发送机KFj与粗读数接收机KBC和精读数接收机KBj的三相同步绕组一一对应连接，发送机KFC和KFj单相绕组共用一个115V400Hz激磁电源。接收机KBC和KBj的单相绕组采用尾尾连接方式。粗读、精读接收机单相绕组输出的控制电压，同时送至放大器输入端，其粗、精读接收机输出控制电压的表达式分别为：

UKC=Um Sinθ

UKj= Um Sinθ*i

式中：

UKC：粗读数接收机输出的控制电压

UKj：精读数接收机输出的控制电压

i：粗精传动比

θ：位置角与设定角之间的差角，即失调角

1.2放大环节

检测环节把失调角信号变成了电压信号，由于此电信号很小，不能直接控制执行电动机工作，因此，必须对电压信号进行功率放大，再控制执行电动机转动，放大电压信号的任务就由放大环节完成。放大环节由晶体管放大器和电机扩大机组组成。

晶体管放大器将粗、精自整角接收机送出的粗、精控制信号电压进行综合，通过相敏整流电路把交流控制信号变成直流控制信号，再与随动系统反馈信号在差分耦合级中进行迭加，迭加后的信号经功率放大级放大后，输送至电机扩大机控制绕组。如下图：

1.2.2电机扩大机

电机扩大机是一种特殊构造的它激式直流发动机，型号时ZKK-12J，它的电枢由驱动电机带之旋转，它的激磁由信号电压来控制。因此，电机扩大机输出电压的大小，取决于控制信号电压的大小和极性。具体参数见下表：

1.3执行环节

执行环节选用的式一台它激式直流电动机，型号为ZK-32HP。激磁电压为直流110V，执行电机的转速和转向由扩大电机输出的电流大小和方向控制。

当控制信号使系统左转时，执行电动机电枢的H2端为正，H1端为负，电流从H2流向H1，执行电机转到设定的角度。当执行电动机受向右的控制信号时，执行电动机H1为正，H2端为负，电流从H1流向H2，从而执行电动机向右转动到设定个位置。

1.4反馈校准电路

反馈校准电路由+12V、-12V、+6V电源电路、反馈控制电路和速度、加速度反馈电路三部分组成。本反馈校准电路采用的是速度、加速度反馈校准电路，从系统的输出端取出一与执行电动机转速成比例的电信号——速度负反馈电压，和一与执行电动机转动加速度成比例电信号——加速度负反馈电压，回送至系统的输入端，对自整角机送出的控制信号进行调节，使其变化缓慢，以适应执行电动机传动装置惯性大的特点，使系统运行稳定。

2双读数自整角机随动系统特性分析

2.1双读数自整角测量系统控制精度性能分析

假如用1级精度的自整角机，其制造误差为0.17 º，就是说，失调角θ≤0.17 º，粗读书KBC输出的控制电压UKC=0，如果系统采用的单读数自整角检测线路，那么系统的静态误差至少是0.17 º（不包括系统的传递误差）。而采用双读数自整角检测线路，其制造误差还是0.17 º，尽管此时粗读数接收机KBC输出的控制电压为零，但精读数接收机KBj转子以1：15的传动比转动，KBj转过的角度是0.17 º *15=2.55 º，精读数接收机KBj单相绕组还有控制电压输出，可以继续控制向减小失调角的方向转动，指导精读数自整角接收机KBj的误差为0.17 º时，才停止转动，此时，失调角θ=0.17/15=0.0113 º。由此可见，采用粗、精双读数自整角测角线路，随动系统的控制精度可大大提高。

2.2选择级电路优化性能分析

为了保证整步和精度的要求，本系统将粗、精两个控制信号配合使用，当失调角θ<1.3 º时，精读数通道起控制作用，粗读数控制信号被封锁;当失调角θ>1.3 º时，粗、精通道控制信号被综合后，同时起控制作用。

当失调角θ<1.3 º时精读数自整角机单相绕组送来的控制电压UKj，经SC1→R2→R3→BG9的1、5端→BG9的4端→SC2加到相敏整流器输入端。此时随动系统受精读数信号控制。稳压管WD3、4对精读数信号进行限幅，系统工作过程中，即便失调角大于1.3 º，精读数的控制电压，可能大大超过0.6V，但由于WD3、4的存在，不管UKj有多高，加在BG91、5和4端的电压不会超过0.6V，这不仅是WD3、4的限幅作用，还因R3的降压作用。在系统工作的整个过程中UKj最大值不超过0.6V。粗读数自整角接收机单相绕组送来的控制电压UKC，因失调角θ<1.3 º，而UKC<0.6V，由于稳压管WD12串联在粗读通道中，小于0.6V的电信号不能使WD1、2进入导通工作状态，对粗读控制电压进行封锁，不能加到BG9相敏整流器输入端。所以，此时的随动系统只受精读数信号UKj控制。

当失调角θ>1.3 º，精、粗通道的控制信号同时起控制作用。精读数控制电压UKJ仍按上述线路进行工作，粗读数控制电压UKC已大于0.6V封锁电压，使WD1、2进入导通工作状态，粗读数控制电压UKC经SC3→R1→WD1、2→BG9的1、5端→BG9的4端→SC2到相敏整流器BG9输入端.此时，粗读数控制信号电压UKC可能会很大，远远超过0.6V，但加在BG9输入端的UKC不会超过0.6V，这是由于WD5、6并联在输入端，对大信号进行限幅作用的结果，这也防止了大信号对BG9的冲击。

2.3反馈校准电路中，速度负反馈对系统稳定性分析

速度反馈信号由两部分组成，一是与转速成正比的的信号Ug1，二是与转速微分成正比的信号Ug2。

（1）当继电器J无电时，常开触点CK断开，常闭触点CP闭合，当转速突增、突减时，测速电桥输出端的电UQC忽大忽小，电容C10就充电放电，充放电电流流过W6，在W6上产生一电压降Ug2，Ug2对转速的变化很敏感，起作用是反对转速的变化，使其运转平稳。

如果加速转动时，测速电桥输出端电压会升高，给电容C10充电。电路为：

测速电桥输出端Q→C10→W6→地（即电桥的输出端C）。

C10的充电电流在W6上产生的管压降Ug，使差放对管BG1的右管集电极电流IC右增大，集电极电压UC右下降，而主控信号是使IC右减小，UC右上升，反馈信号的作用结果使差放输出Ude下降，阻止加速转动。

如果减速时，电桥输出端UQC下降电容C10放电，放电电流在W6上产生一电压降Ug2，使差放对管BG1的右管IC右减小，UC右上升，反馈信号的作用结果使差放输出Ude上升，阻止减速。

（2）当继电器J工作时，R27、R28、C9接入电路工作，C9、R28的加入，使微分电路时间常数增加，反馈脉冲电压变宽，作用时间变长。R27的接入，使速度负反馈引入了直流成分，R28的接入，使速度反馈量增加，增强了速度负反馈对随动系统的控制作用。在系统向协调位置转动过程中，由于某种原因转速增大，电桥输出UQC增高，Ug1随之变高，使晶体管放大器输出相对减小，阻止转速增大;当因为某种原因转速下降时，测速电桥输出UQC降低，Ug1随之变低，使晶体管放大器输出相对增大，阻止转速下降。

由以上分析可知，当转速不变时，测速电桥输出端UQC不变，由于C10的隔离直流的作用，使Ug2=0，这时，速度负反馈信号只有Ug1起作用，可见速度微分负反馈Ug2只有在转速变化时才起作用，它可以提高匀速跟踪的平稳性，减小低俗跟踪时的抖动现象，而步影响匀速跟踪的精度。

3双读数自整角机随动系统常见故障及诊断

（1）随动系统无法按设定位置运转

随动系统无法运转，和检测环节、放大环节、执行环节都可能由关系。首先分析检测环节，自整角收发机出现问题，设定位置后，因接收机或发送机损坏等原因，导致无法产生失调角信号，也就没由输出，我们要对自整角收发机逐个进行检测排查，更换损坏器自整角机，第二种情况是接收机接收到位置设定信号，也产生失调角信号，因线路问题无法将信号传送至放大环节，这种情况就是线路问题，对线路进行排查解决即可;如果检测环节没有问题，我们分析放大环节，放大环节有晶体管放大器和电机扩大机，通过对输入信号、输出信号等逐级进行检测，确认故障点发生位置，再根据其工作原理进行排故;如果前面两个环节都没问题，我们检查执行环节，执行环节主要是直流电动机，我们检查电动机激磁，如果激磁也没问题，再排查电动机是否发生故障。根据信号通道逐步进行排查，最后找到故障点，解决问题。

（2）随动系统跟踪误差大

本系统对精度要求≤0.2 º ，如果我们跟踪精度大于0.2 º，那么我们要根据误差情况进行分析，确定故障点。第一种情况是存在固定误差，比如误差1 º，此时我们可以通过前面的特性分析可以知道，在1.3 º内，检测环节主要是自整角精收发机起控制作用，此时我们可以调节精自整角接收机或发送机，将固定误差调整回来即可。第二种情况是，误差不固定，在某些特定角度（30 º、60 º、90 º）误差小，其余角度误差大，我们重点检查测量环节中粗、精双通道自整角收发机，如果设备大角度运转过程中，方向和速度都正常的，那么重点检查精收发机，看精收发机是否有问题，如精收发机有问题，则更换收发机，更换后重新精度调整变可解决故障;如果精收发机也没有问题，考虑假零位的可能性，精收发机在零位时，其相位实际相差180 º，这也是导致误差的重要因素，此时将精接收机换向180 º，在调整精度可解决故障。

（3）随动系统抖动或振荡次数过多

如果随动系统运行不稳定，即运行过程中抖动或振荡次数过多，可通过调节速度、加速度反馈信号，增大反馈量。调整时速度、加速度电位器应配合使用反复调整，直到符合要求。通常情况下，加速度稳定电压对消除小幅度抖动效果好，速度稳定电压对消除发射炮大幅度摆动效果显著。如果调节速度、加速度反馈都无法解决问题，要对反馈校准电路进行排查，找出故障点，解决问题，故障点解决后，需对随动系统进行调试，直到符合使用要求。

4.结语

本文对实际使用中常见的故障进行归纳分析，从特性分析和故障诊断中我们可以发现，随动系统的每个环节作用和功能都步一样，每个环节发生问题对整个系统的影响也不一样，对误差类问题，通常故障点发生在测量环节，测量环节的精准度直接影响我们整个系统的精度;振荡和抖动类问题，通常故障点发生在反馈校准电路环节，因为反馈信号直接控制系统的稳定性能;如果系统无法运行，则需要逐步进行排查。通过对故障的归纳总结，利于提高维修过程中的修理效率。

参考文献：

[1] 孙优贤、王慧.自动控制原理.化学工业出版社.ISBN.978-7-122-11607-9

[2]王杰、刘少伟、冯刚.随动系统原理与设计.清华大学出版社.ISBN.9787302547341.2020-06-01

[3] 都兴运、陈海、时进发、丁红岩.3200反潜随动系统..1996

[4]舰船电子装备修理通用技术要求  HJB355A-2013

作者简介：王理成（1985-），男，江西赣州人，特装电子工程师，主要从事特装装备的修理保障工作。