基于电流检测的火炮自动装填系统故障诊断研究

基于电流检测的火炮自动装填系统故障诊断研究

高亢王天辉郝永锋

1河北陆军预备役步兵师修理营河北石家庄050000；2,3陆军工程大学石家庄校区石家庄050003

摘要：自动供输弹机构是火炮自动装填系统机械结构部分的重要组成部分之一，因此对其进行实时的状态监测，及时的发现其故障类型与故障原因，并对故障进行分类与识别有着极其重大的意义。由于火炮发射过程中所处的工作环境比较恶劣，冲击振动明显，因此导致采集的信号中背景噪声相当大，一部分有用信号可能被强噪声覆盖，传统的信号分析方法可能达不到预期的诊断效果。本文重点介绍了电流信号分析法，由霍尔电流传感器实时监测四台直流伺服电动机的运行状态，将采集的电信号传输到DASP信号采集系统，在后期处理中，对各种工况下的信号进行识别分类，提取电流信号相关特征参量，最后用三层BP神经网络进行故障诊断与识别。

关键词：自动装填；故障诊断；电流信号分析法；神经网络

1、引言

现代战争中,火炮必须在短时间内完成高强度的战斗任务,而自动装填系统自动供输弹机构是火炮的重要组成部分，战争任务期间，火炮的自动装填系统自动供输弹机构一旦发生机械故障,将严重影响任务的顺利完成,甚至影响到整个战局的形势，后果不堪设想。目前,军事上各种装备均采用战备的完好性，来衡量其所具有的战斗力水平高低,主要还是以长期积累的经验和统计规律为依据,缺乏科学性和精确性。由上述事实可见，自动装填系统自动供输弹机构的故障诊断技术的重要性与迫切性，因此，研制出一种基于电流参数综合检测自动装填系统的故障诊断方法，尽快找到故障存在的原因，降低其危害程度，减少经济损失是十分必要的。机械设备故障诊断的目的在于，保证机械设备在允许的范围内，完成预期的效果。因此故障诊断系统应当有效地获取和利用机械设备的诊断信息，从而有效地识别出机械设备的工作状态，并找出可能存在的故障或导致这些故障发生的原因，甚至还要预测设备状态的发展趋势。

2、自动装填系统电流诊断故障原理

本文主要是对火炮的自动装填系统执行机构部分的故障状态进行分类识别。火炮的自动装填系统执行机构部分经常发生的故障为制动器不解锁、输弹机不转、翻到机构不翻倒、推弹机不推弹等工况，先了解自动供输弹机构常见的故障形式，对产生故障的机理进行分析。另外了解了火炮的自动装填系统故障诊断中常用的信号分析和特征提取方法，由于火炮发射过程中，将产生很大的噪声，传统的方法很难达到预期的诊断效果，因此通过学习电流信号分析法，将其应用于由霍尔电流传感器采集的电信号中，再将经过处理的数据用BP神经网络进行故障诊断，结果证实，经过处理的数据诊断结果和事先设置的故障类型相符，得到了比较理想的诊断效果。

火炮的自动装弹机在实际应用过程中，常见的故障主要是由两方面引起：一、控制装置故障；二、执行机构故障。在这里我们主要研究该自动装填系统完成动作的机械部分，即执行机构。执行机构主要由旋转输弹机、翻到机构、推弹机构组成，并且主要由四个直流电动机来驱动完成，以驱动其完成相应动作。输弹机制动器解锁，输弹电机经传动减速后驱动输弹机旋转将有弹杯型筒运输至装填线。在翻倒电机作用下带动推弹机构翻倒至装填角。在两个推弹电机的作用下完成推弹进入炮膛。翻转电机和推药电机来完成。执行机构部分在这一系列动作中，四个直流伺服电动机的工作负载呈明显的变化，形成执行机构部分工作电流曲线，从而可以根据工作电流曲线的波动变化，来判断火炮自动装弹机的工作执行机构部分状态。

3自动装填系统故障诊断系统

自动装填系统故障诊断系统以创新和实用性为目的，包括下位机和上位机，下位机负责自动装填系统现场数据的实时采集，并简单故障诊断，上位机采用BP神经网络，构成自动装填系统故障智能诊断中心，和自动装填系统数据库相结合综合诊断故障。

图1故障诊断系统组成

上位机故障智能诊断模块：对采集的电流曲线，依据其不同的电流曲线特征值，结合自动装填系统数据库，引入BP神经网络进行自动装填系统故障智能诊断。

下位机DASP动态测试和信号分析系统：主要通过霍尔电流传感器、压电式加速度传感器实时采集自动装填系统的电流参数、振动参数，并实时显示电流值、电流曲线，或传送到上位机数据管理中心进行更深一步的分析。

自动装填系统故障诊断系统具有良好的人机界面，它通过霍尔电流传感器对直流伺服电动机电流实时采集，利用DASP动态测试和信号分析系统，在笔记本电脑上，形象而直观地显示出各直流伺服电动机的电流数值和曲线趋势，并把采集到的电流数值存储在电脑里。现场采集的数据进入上位机的自动装填系统故障智能诊断中心，提取出电流曲线的特征值，由BP神经网络故障诊断模块并结合自动装填系统数据库，对自动装填系统自动供输弹机械结构的各种故障进行综合识别，可以获得自动装填系统自动供输弹机械结构的工作状态，以文字和图形的形式显示自动装填系统的工作模式。当出现异常工作状态时，系统发出告警信息。

4结束语

执行机构部分是火炮自动装填系统的重要组成部分，其出现故障的频率也比较高，因此对其进行状态监测和故障诊断有着非常重要的意义。由于火炮在发射过程中，将带来巨大的冲击波，噪声是无法避免的，用传统的故障信号进行分析将达不到理想的诊断效果，因此本文将电流信号分析法应用于火炮自动装填系统执行机构部分的故障诊断过程中，主要做的工作如下：对火炮自动装填系统常见的故障状态和故障机理进行分析，着重分析执行机构部分的故障机理。在对常用的电流信号分析方法、特征提取和故障识别方法进行了简单了解基础上，并在火炮自动装填系统的正常工况和故障工况下，由霍尔电流传感器采集的电信号，进行分析处理，为故障识别做准备。最后提取电流信号所特有的特征值，作为神经网络的输入向量，用BP神经网络进行故障诊断，结果显示可以准确的识别出工作状态。

参考文献：

[1]FORNBERG,B.,LEHTO,E..JournalofComputationalPhysics[J].2011.

[2]B.ZHANG,Z.Q.LANG,S.A.BILLINGS,etal.MechanicalSystems&SignalProcessing[J].2013.