装甲车辆发电机故障模拟诊断平台研究与设计

李光升，黄捷音，谢永成，魏 宁

（1.装甲兵工程学院控制工程系，北京100072；2.装甲兵工程学院外训系，北京100072）

0 引言

装甲车辆发电机是装甲车辆电源系统的重要组成部分，为保障全车用电设备正常工作，发挥着举足轻重的作用，其任何一种故障，都可能导致全车用电设备的工作不正常或停止工作。要提高装甲车辆发电机的可靠性，除了要提升发电机本身的设计工艺外，还需要及时有效地对装备进行保养维护。然而由于其结构复杂，部队保障维修条件和技术水平的限制，致使装甲车辆保养维护效率大大降低［1］。因此，针对装甲车辆发电机的故障特点，研究设计发电机故障模拟诊断平台，对提升装甲车辆发电机故障诊断能力具有现实意义。

1 平台工作原理

发电机是由发动机带动发电，发电机的输出电压在调压器调压后，供给用电设备使用并对蓄电池进行充电［2］。该模拟平台的工作原理是：故障模拟诊断平台通过工控机控制调速电源，调整拖动电机转动，拖动电机给发电机提供转速，通过变频器控制三相交流电动机的转速改变发电机的转速，利用信号采集卡对发电机进行数据采集等状态监测，并利用可调负载单元对发电机的带载能力进行监测，如图1所示。

图1 故障模拟诊断平台工作原理图

该平台主要由主控单元（含操作台）、被测单元、可调负载三大部分构成。其中主控单元采用工控机数字控制，模块化设计，利用数据采集卡采集实时数据完成故障诊断检测，同时将检测结果传输给信息管理中心，管理中心可实时监控系统运行状态，查询检测结果。其框架如图2所示。

图2 故障模拟诊断平台总体框架图

2 发电机FMECA分析

FMECA即为故障模式、影响及危害性分析（Failure Mode，Effect and Criticality Analysis，FMECA），是进行故障机理分析的一种重要手段。因此，针对装甲车辆发电机各结构单元潜在的各种故障模式，以及各故障模式对发电机的影响和危害性进行分析，把每一个故障模式按照其危害性大小量化分类，对提高发电机故障诊断能力具有重要意义，如表1所示。

其中故障危害度是指该类故障的危害程度，分为：致命、严重、一般、轻微四类［3］；故障频率是指该类故障发生概率，分为经常、有时、偶尔三种。

3 软硬件设计

整个模拟平台主要部件包括PC104工控机、调理箱、触摸屏、交流调速电源（变频器）、耗能负载、拖动电机和发电机机械卡具等。其硬件结构图如图3所示。

表1 某型无刷硅整流发电机FMECA分析

在软件设计方面，先进行需求分析，然后编写测控软件，实现检测功能。平台检测界面如图4所示。

4 性能需求

为保证发电机故障诊断模拟平台的准确性和可靠性，提出以下几点性能要求。

（1）环境适应性

所有元件应选用宽电源范围，适应车间电源的波动；所有大功率设备应具备散热装置，具有一定温度适应能力；所有机件应涂有防锈层，并满足有关抗腐蚀性要求。

（2）操作性

选用视窗操作，人机交互环境要完善，每步操作均在上一步操作界面中有提示信息，提倡一键式操作。

（3）安全可靠性

图3 故障模拟诊断平台硬件结构图

图4 发电机检测界面

在软件设计时，充分考虑软件的可靠性，在程序的重要指令前加入空操作指令；在复位处理中，选用软复位与硬复位相结合的异常复位措施；在发电机故障模拟诊断平台电路中设置过流过压保护装置，防止过流过压情况出现；设置看门电路保证故障状态下的可靠复位等。

5 关键技术

查阅有关资料可知，在以往的发电机负载试验系统中，发电机的负载形式主要有两种：一种是直接将发电机的输出功率消耗在大功率电阻上，一般通过调节大功率电阻箱的手柄改变发电机输出回路的电阻，进而改变发电机的输出电流，实现对负载调节的目的。另一种方式是使用直流电动机作负载，通过调节直流电动机的机械负载，改变电动机的电枢电流，从而达到调节发电机输出电流的目的。

本平台考虑到电机放大机（Z-ZKK系统）功率放大系数很大，便于计算机控制，并且其体积较小，故采用改装后的电机放大机（Z-ZKK系统）和固定电阻相结合作为待测发电机的负载，将发电机输出的功率消耗在电机放大机的拖动电机上。通过调节控制绕组上的电压，可改变电机放大机的输出电压，即改变电机放大机的输出功率，从而改变拖动电机的电流。此方案可以比较方便、可靠的完成对发电机输出电流的自动控制，满足自动化检测的要求，还可进一步减小负载电阻的体积和温升。原理如图5所示。

图5 可调负载原理图

6 结束语

本文基于装甲车辆发电机的结构与故障特点，在研究其故障模式、影响及危害性分析基础之上，设计了装甲车辆发电机故障模拟诊断平台，采用模块化、通用化设计，具备信息化管理接口，能够满足信息化条件下装甲车辆发电机故障诊断及维修保障的需求，具有较大的实际意义。

［1］ 张豫南，谢永成.装甲车辆电气与电子系统［M］.北京：国防工业出版社，2003.

［2］ 邵 兵.基于相关性模型的导弹发射装置故障诊断［J］.航天发射技术，2011，2（2）：228-231.

［3］ 程延伟，吕 强，谢永成.装甲车辆电源系统智能故障诊断方法研究［J］.计算机测量与控制，2011，19（6）：1410-1413.