探析电动执行器的故障诊断策略

常兵

摘要：随着我国经济的发展，电动执行器在现代大型工业、矿业中应用的也越来越广泛，成为保障生产、提高效益的重要關键因素。在整个计算机控制系统中，电动执行器的故障成为导致控制系统失效的主要原因。传统的电动执行器的故障诊断，往往集中于仿真层面，但是其效果并不实用。论文结合笔者研究，通过分析电动执行器故障的特点，从而提出了切实有效的电动执行器故障排查与诊断策略。

关键词：电动执行器；故障；诊断

电动执行器一般被安装在高温、高压、高腐蚀的环境下，往往会产生各种故障，从而严重影响自动化系统的运行效率，甚至带来严重的生产事故。因此，对于电动执行器的故障诊断策略的研究是势在必行的，受到业界相关专家学者的广泛关注。现以常见的进口品牌伯纳德执行器为例，分析其故障诊断策略。

1.死区故障的诊断分析

死区故障可以分为两类，即自振荡故障以及死区太大故障。

位置控制板

一般来说，电动执行器的死区故障与触发器有很大的关系，当死区过大时，就可能导致执行器对于输入信号的跟踪效率不高，反映不灵敏。这样一来，就可能会导致执行器的阀门滞留在某一区域位置，也就是说这时执行器对调节器输出的小于死区范围的信号不再做出反应，系统对执行器失去了有效的控制，进而影响系统的控制性能。对于死区故障的诊断来说，主要可以通过观测反馈阈值信号以及输入信号。当反馈信号和输入信号的延迟已经超越了正常值时，就基本可以判断存在死区故障。

电动执行器死区故障的解决策略主要是通过对死区设定电位器进行调节，以便减小电动执行器内的死区范围。在调节时要注意，因为其调节方向是由大到小，因此要避免将死区调到过小，这样反而还会形成自振荡，此时电动执行器就会因为自振而难以正常运行，甚至导致电机过热烧毁，这就是自振荡故障。

因为电机在断电时会因为惯性惰走的缘故导致电机反转，如果电机转向反复变更的话，我们就可以说此时的自振荡故障较为严重。这种故障对整个系统的影响较为严重，必须今早解决。自振荡故障的表现也比较简单，即电动执行器的反馈信号变化非常频繁。

自振荡故障的解决方法一般为通过调节死区设定电位器增大死区范围，确保死区适度增加，以便于确保局部反馈Iβ值的增大。为了预防自振荡故障的发生，在平时可以改善自动措施以克服惯性惰走问题。

2.恒偏差故障的诊断分析

恒偏差故障主要是因为死区电流大于150 ?A，对于故障的诊断可以检测其偏差值是否已超过死区范围，且是否数值较为固定。此时，可以统计同一时间段内的输入与反馈信号的差值，当出现如下托所示，差值超过死区范围并且数值较为稳定时，我们就可以判断其属于恒偏差故障。

恒偏差故障的解决策略为调节死区设定电位器，确保死区恢复为正常值。

3.恒增益故障的诊断分析

一般来说，执行机构输出的轴全程范围内的0至90度角的位移信号就会被位置发送器转换为4至20毫安的直流信号。当发生恒增益故障时，就会出现直流信号与角位移信号不对应的情况。对于电动执行器的增益值可以用以下公式计算： ，其中△x表示阈位变化量，而△v表示输入指令变化量。

有效解决恒增益故障的主要方法就是对电动执行器反馈电流0%和100%位置加以调节，以确保执行机构能够保证0%即4mA对应0度全关位置，100%即20mA满量程于90度的全开位置。这样，就能够确保执行器旋转角度与反馈电流之间达到相互对应的程度，也就解决了电动执行器恒增益故障的问题。

4.卡死故障

对于卡死故障来说，其表现行为可以分为两类。第一类表现为某一段时间内电动执行器虽然指令的变化幅度非常大，但是反馈信号却没有跟随指令进行相应的变化；第二类则是指某一时间段内虽然指令没有发生变化，并且电动执行器的反馈以及角度也没有产生变化，但是反馈出的信号却和原本的指令有较大的出入。第一种情形在现场判断起来较为简单，我们可以根据它最主要的特征，也就是在很长一段时间内，反馈信号保持不变，基本不发生变化。如下图所示，图中显示指令信号的变化浮动较大，但是反馈却一直保持不动，我们就可以判断其为卡死故障。

对于这种卡死故障来说，其解决方式也较为简单，一般就是先进行电动执行器的凸轮是不是超出了满量程的检查，然后再对位置发送器进行检查，查看其中的推杆是不是因为其他原因而被卡主。

5.结语

综上所述，通过对电动执行器故障特点进行总结分析，利用不同信号的处理方法，有针对性的诊断电动执行器的故障。这种方式具有较强的优势，即使不需要建立较为复杂的数学模型就可以实现对电动执行器故障的诊断。实践证明，通过这种方式，可以有效的解决电动执行器的故障，取得良好的效果。

参考文献：

[1]马平，张建，王英敏. 一种诊断电动执行器恒增益故障的新方法[J]. 电网技术， 2008（01）

[2]岳有军，王红君，宗群. 基于数据驱动的电动执行器故障诊断方法[J].制造业自动化，2010（10）