基于电动全动模拟机RTH系统研究及故障诊断

宋晓婷，白鹏飞，谷宗辉，蒲鸿瑞，沈鹏飞

（天津杰普逊国际飞行学院有限公司飞行模拟中心，辽宁朝阳 122400）

0 引言

全动模拟机运动系统能够模拟起飞、着陆、爬升、转弯的加速度以及飞行中颠簸等多种感觉。目前，电动运动系统正开始逐渐替代传统液压运动系统，具有噪声低、设备少、便于维护等优点。在电动运动系统中，RTH（Return To Home，返回原地）系统功能至关重要，它可以在断电或者模拟机发生Ⅱ类故障状态下克服作动筒执行器负载张力影响，依然使运动系统缓慢回落至原位，保障模拟机上操作人员安全撤离。

1 系统工作原理

1.1 系统组成

RTH系统组成如图1所示。通过PLC控制各个接触器通断，实现各个模块联合工作，为运动系统提供安全保障[1]。

（1）直流配电模块。为RTH放大器提供48 V直流电源和24 V直流控制电压。

（2）RTH电池充电器。确保在MCC （Motion Control Cabinet，电机控制中心）机柜通电状态下持续为RTH电池组充电，保持RTH电压达到48 V以上。运动系统通过负载电阻监控充电器无输出或者输出电压不正常时，报出Ⅱ类故障。

（3）RTH电池组。由4只12 V、55 A·h铅酸蓄电池串联而成，输出为48 V。当系统发生Ⅱ类故障时，向RTH放大器提供电源。

图1 系统组成模块

（4）负载电阻。每次启动Moog模拟软件时，在运动系统加载之前会对电池进行电压测试。在测试过程中，负载电阻接入电路中，由PLC监控电池电压水平，如果电压降至编程设定的阈值以下时，运动系统将出现Ⅱ类故障并报警，导致运动系统无法启动。

（5）制动电阻。共12只，均为可调电阻，每只阻值设置为3.5 Ω。按照工作时序可以分为一阶段制动电阻（6只）和二阶段制动电阻（6只）。一阶段制动电阻由PLC通过接触器6K7、6K8、6K9控制，每个接触器同时控制2只，发生Ⅱ类故障时立即接入电路。二阶段制动电阻由PLC通过RTH晶体管控制，在一阶段制动电阻工作后经过短暂延迟接入电路。2种制动电阻同时工作时形成并联连接，限制作动筒执行器运行速度，使其平稳缓慢回至原位。

（6）RTH放大器。是RTH系统核心部件，发生Ⅱ类故障时，运动系统将主电切断，由48 V RTH电池组为RTH放大器供电，通过控制放大器内6个IGBT开关工作序列，提供具有特定电压和频率的三相交流电压，驱动电机正常运转。单个RTH端子功能如图2所示。RTH放大器J1引脚和TB1引脚功能见表1和表2。

（7）作动筒执行器。6只作动筒驱动器在各自内部直流伺服驱动电机控制下，协调联动提供6自由度运动。每只作动筒执行器内部设置有霍尔传感器、编码器和复位开关，便于向系统反馈位置信号。

1.2 工作原理

图2 RTH 端子功能

表1 RTH放大器J1引脚功能

表2 RTH放大器TB1引脚功能

当发生Ⅱ类故障时，系统通过PLC控制使主电源断开、接触器62K1和63K1闭合，48 V RTH电池组与RTH放大器之间的连接被建立。同时通过控制接触器6K7、6K8、6K9，接通第一阶段制动电阻。RTH放大器接到DYN BRAKE信号后，接通二阶段制动电阻。PLC向RTH放大器发送使能信号，通过控制RTH放大器内部驱动电路IGBT开关次序，为电机提供三相交流驱动电压，驱动电机运转并克服作动筒执行器张力负载。一、二阶段制动电阻同时接入电路，将作动筒执行器缓慢收至原位。

2 典型故障诊断和排除方法

故障1：运动系统报出RTH电池组电压低，造成运动系统无法正常启动。

（1）可能的原因分析。①此前存在其他Ⅱ级故障，RTH系统在投入使用过程中电池组耗电较多，导致电池电压过低；②一只或多只电池出现永久性容量损失，导致电压不足；③负载电阻阻值有所改变；④接线问题。

（2）故障排除流程。①检查RTH电池充电器5C1和5C2状态灯是否为橘黄色常亮，若是则表明其正在为蓄电池充电。此时需等待，直至充电完成且5C1和5C2状态灯变为绿色常亮为止，此后可以重新加载运动系统；②如果仍然不能启动，需进一步检查每一只电池电压是否能够达到12 V，某一只或者某几只达不到，表明电池容量有所损失，需更换电池。如果故障仍未排除，需进一步检查负载电阻阻值是否正常；③确认负载电阻7R1阻值是否能够达到3.80 Ω±10%，若未达到，需更换7R1。否则进一步检查分压电阻7R4和7R5；④确认7R4阻值能否达到9.53 kΩ±10%，7R5阻值是否能够达到10 kΩ±10%，如达不到需更换7R4或/和7R5，否则需要全面检查电路接线是否连接完好，直至故障排除。

故障2：系统报出充电器输出丢失，造成运动系统无法启动。

（1）可能的原因分析。①内部熔断器断开；②充电器开关在关断位置；③充电器输入电压出现问题；④接线问题；⑤充电器故障。

（2）故障排除流程。①确认熔断器5F2是否完好，若损坏需更换熔断器；②如果故障未解决，需检查充电器开关是否在“ON”位置，如果没有需手动将其打开并确认故障是否排除；③检查“240 V”输入电压连接器与充电器是否正常连接，如出现松动需重新紧固连接，否则需要检查各处接线是否完好；④检查充电器输出至PLC输入模块之间连接是否完好，如出现断点需进行修复，否则需检查是否为充电器本身损坏；⑤更换故障充电器，确认各处连接良好，直至故障排除。

故障3：系统报出RTH放大器故障，造成运动系统无法启动。

（1）可能的原因分析。①RTH连接器J1（图2）没有正常连接；②24 V直流控制信号没有正常接入；③接线问题；④RTH放大器自身故障。

（2）故障排除流程。①确认连接器J1和相关接线完好连接，如出现松动需重新连接J1和相关接线；②检查连接器J1端子1和端子2之间电压是否为24 V，如果不是，需检查直流供电模块与RTH放大器连接器J1之间连接是否完好，如果出现断点，需重新连接固定；③检查直流供电模块与RTH放大器J1端子3与4之间连接是否完好，如果出现断点，需重新连接固定，如故障仍未解决，需要更换RTH放大器；④更换RTH放大器并检查相关连接，直至故障解决。

在运行过程中，若因RTH系统故障导致某个或多个作动筒执行器无法返回原位时，维护人员需要按照厂家手册要求，对运动系统进行整体断电，并指挥人员利用模拟机紧急逃生装备，安全返回地面。