一种基于示功图的水下航行器舵装置故障检测方法与流程

本发明涉及舰船操控，尤其涉及一种水下航行器舵装置的故障诊断技术，利用舵机工作时的做功情况对舵装置进行故障检测的方法。

背景技术：

1、舵装置作为水下航行器航向、深度、姿态控制的关键部件，其是否正常工作直接影响到水下航行器的航行安全，传统的故障检测依赖于操舵控制系统对舵机位置的测量，并根据测量得到的舵机位置与给定的舵机指令进行分析，判断其是否跟踪舵指令，以此诊断舵是否工作正常。但由于舵面一般布置在船体外，舵机布置在船体内部，中间通过传动装置将船体内部舵机的运动传递到船体外的舵面，所测量到的舵机位置不能真实反映舵面的位置。传统的故障检测方法不能检测到舵传动异常导致舵面不随舵机运动、舵面损伤等故障。

2、而舵面损伤、舵面不随舵机运动故障将导致操舵控制系统发出操舵指令后，操舵控制系统认为舵工作正常，但水下航行器不能按预期的操舵指令进行运动，直接影响到航行器的航行安全，因此如何检测舵面损伤、舵面不随舵机运动故障是本领域技术人员亟须解决的问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明通过航速、舵机运动位置、舵机油缸压力，并根据测量得到的相关参数，对舵面损伤、舵面不随舵机运动进行故障检测，提供了一种基于示功图的水下航行器舵装置故障检测方法。

2、本发明提供一种基于示功图的水下航行器舵装置故障检测方法， 包括如下步骤：

3、一种基于示功图的水下航行器舵装置故障检测方法，包括如下步骤：

4、在系统无故障状态下，航行器正常工作，绘制舵机的正常状态示功图，其中x轴坐标为舵机位置δ，y轴坐标为舵机油缸a口压力pa、舵机油缸b口压力pb的压力差的无因次处理参数；

5、舵机使用过程中，获取舵机使用过程中操作段的使用状态示功图；

6、根据舵机使用过程中获取到的使用状态示功图，对该操作段的使用状态示功图中计算曲线与x轴所围区域面积，与系统无故障情况下的相同操作段的正常状态示功图中面积进行对比，若偏差大于预设的阈值，则出现舵面损伤故障。

7、进一步的，所述无因次处理参数的获取方法为：

8、利用传感器测量航行器的对水速度v、并实时获取舵机位置δ，舵机油缸a口压力pa、舵机油缸b口压力pb；

9、对舵机位置信号进行微分计算舵机运动速度曲线，获取舵机速度稳定运行区间；

10、根据舵机稳定运行区间，提取出该区间内舵机油缸a口压力pa、舵机油缸b口压力pb的压力差p=pa-pb，将舵机油缸a口压力pa、舵机油缸b口压力pb的压力差p进行无因次处理，得到无因次处理参数f=p/(v2)。

11、进一步的，航行器正常工作，绘制舵机的正常状态示功图的方法为：

12、航行器定速定深直航，将舵从一端极限位置操纵至另一端极限位置，再从另一端极限位置回到初始极限位置，绘制舵机正常状态示功图。

13、进一步的，舵机使用过程中操作段的使用状态示功图为局部示功图或完整示功图。

14、进一步的，所述相同操作段表示为相同的x轴区间。

15、进一步的，在使用状态示功图中，当无因次处理参数为恒定值，则为舵面不随舵机运动的故障。

16、进一步的，所述出现舵面损伤故障的预设的阈值为10%。

17、进一步的，所述舵面不随舵机运动的故障的恒定值为0.5f。

18、本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

19、通过示功图的方式能够快速的对舵面损伤、舵面不随舵机运动进行故障检测，且检测准确，稳定，确保了船舶的航行安全。

20、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于示功图的水下航行器舵装置故障检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于示功图的水下航行器舵装置故障检测方法，其特征在于，所述无因次处理参数的获取方法为：

3.根据权利要求1所述的一种基于示功图的水下航行器舵装置故障检测方法，其特征在于，航行器正常工作，绘制舵机的正常状态示功图的方法为：

4.根据权利要求1所述的一种基于示功图的水下航行器舵装置故障检测方法，其特征在于，舵机使用过程中操作段的使用状态示功图为局部示功图或完整示功图。

5.根据权利要求1所述的一种基于示功图的水下航行器舵装置故障检测方法，其特征在于，所述相同操作段表示为相同的x轴区间。

6.根据权利要求1所述的一种基于示功图的水下航行器舵装置故障检测方法，其特征在于，在使用状态示功图中，当无因次处理参数为恒定值，则为舵面不随舵机运动的故障。

7.根据权利要求1所述的一种基于示功图的水下航行器舵装置故障检测方法，其特征在于，所述出现舵面损伤故障的预设的阈值为10%。

8.根据权利要求6所述的一种基于示功图的水下航行器舵装置故障检测方法，其特征在于，所述舵面不随舵机运动的故障的恒定值为0.5f。

技术总结本发明涉及舰船操控技术领域，尤其涉及一种基于示功图的水下航行器舵装置故障检测方法，在系统无故障状态下，航行器正常工作，绘制舵机的正常状态示功图，其中x轴坐标为舵机位置，y轴坐标为舵机油缸A口压力、舵机油缸B口压力的压力差的无因次处理参数；舵机使用过程中，获取舵机使用过程中操作段的使用状态示功图；根据舵机使用过程中获取到的使用状态示功图，对该操作段的使用状态示功图中计算曲线与x轴所围区域面积，与系统无故障情况下的相同操作段的正常状态示功图中面积进行对比，若偏差大于预设的阈值，则出现舵面损伤故障。此方法能够快速的对舵面损伤、舵面不随舵机运动进行故障检测，且检测准确，稳定，确保了船舶的航行安全。技术研发人员：李军,刘红光,苏畅,罗洪甲,李兵军,李胜,赵光,张起赫,王星月,欧阳盼受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/2