一种供输弹系统的内外状态同步监测与故障诊断方法技术方案

本发明专利技术公开了一种供输弹系统的内外状态同步监测与故障诊断方法，属于供输弹系统状态监测和故障诊断技术领域。对火炮供输弹系统的关重件安装传感器，获取弹仓链轮转动角度、供弹机链轮转动角度、协调器转动角度、托弹盘转动角度和油缸压力、输弹链轮转动角度和油缸压力，获取执行机构运动状态；同时监测弹丸整个运行过程中的加速度、姿态、弹丸底部所受到的推力；以弹丸通过某一位置的时刻作为执行机构与弹丸数据同步的时刻，将内外两组数据进行时域上的融合，并通过对运行状态参数的监控实现系统的故障诊断。本发明专利技术通过对执行机构和弹丸的同步监测，直观的反映整个供输弹过程的状态，同时完成对各个阶段的故障诊断，为维修设备提供依据。

A synchronous monitoring and fault diagnosis method for the internal and external states of the ammunition supply and delivery system

【技术实现步骤摘要】
一种供输弹系统的内外状态同步监测与故障诊断方法
本专利技术属于供输弹系统状态监测和故障诊断
，具体涉及一种火炮供输弹系统的内外状态同步监测与故障诊断方法。
技术介绍
现代战争中，火炮必须在短时间内完成高强度的战斗任务，其中供输弹系统是火炮的重要组成部分，供输弹系统的运行可靠性和质量保证直接决定自行火炮、坦克、舰炮等武器系统的射速、机动性、生存能力、火力密度以及战机把握。对于复杂的机电液耦合的供输弹装置，工作环境恶劣、故障数据获取难、故障难以诊断、维修成本高仍然是亟待解决的问题。中国专利201610236880.1公布了一种基于声压信息处理的供输弹系统故障诊断方法，它通过在供输弹系统上布置三只声压传感器，对于采集的信号采用三点相关定位法寻找到故障发生的位置，利用信号的多项特征值确定故障的严重程度，该方法适用范围广，但是只能确定故障的位置而不能确定故障产生的原因。中国专利201610593978.2公布了一种复杂自动供输弹系统的故障诊断方法，利用控制系统流程中的开关信号和控制指令，加入外置冲击振动传感器响应参量，共同建立综合故障诊断模型。该方法实现了数据的特征融合和决策融合，但是只是从执行机构的驱动参数到振动参数，只能间接反映输弹的过程和结果，同时振动信号噪声较大，消噪会对结果产生影响。中国专利201810647970.9公布了一种自动供输弹故障在线监测和预测方法，在供输弹系统关键部位安装传感器，分别监测主从动链轮磨损量、协调臂转动角度、小平衡机压力和弹筒位移，设置阈值进行预警，并对变化量进行灰色预测，解决卡滞和供输弹不到位的故障。该方法将监测参数具体对应到了每个阶段，更为直接的监测到每个阶段可能发生的故障，但是监测量较少，所涉及的也只是供输弹过程的较少主要故障。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种供输弹系统的内外状态同步监测与故障诊断方法，同时对执行机构和弹丸进行监测，完整全面的记录整个供输弹的过程和结果，也为故障诊断提供较为全面的判据，此外该方法能够完成故障的定位和故障原因的推测。实现本专利技术的技术解决方案为：一种供输弹系统的内外状态同步监测与故障诊断方法，将整个供输弹过程分为供弹、协调、摆弹、输弹四个阶段，根据历史数据以及专家经验确定出每个阶段的主要故障以及故障产生的原因，选择能够反映关重件过程状态的参数进行监测，对于四个主要阶段选择弹仓链轮的转动角度、推弹器链轮的转动角度、协调器转动角度、托弹盘臂转过的角度、摆弹的油缸压力、输弹器链轮的转动角度、输弹器的油缸压力等几个参数；相对应的选择在弹丸的底凹部分安装传感器，利用弹丸的三向加速度、弹丸底部受到的推力、以及弹丸的摆动和转动的角度来监测整个过程中弹丸的运动状态；选择执行机构和弹丸经过同一位置的时刻作为内外数据同步的时刻，利用激光接收器接收到的同一个激光信号对两组平行的数据时间轴进行标记，后期同步时间标记进行数据的融合；首先收集正常供输弹情况下的各变量的参数，记为训练样本并进行中心化和标准化处理，选择高斯核作为核函数，建立KPCA模型，计算出统计量的T2和SPE的控制限，然后收集需要故障诊断的各变量的参数，记为测试样本，使用同样的核函数和KPCA模型，计算出测试样本的T2和SPE的统计量，与训练样本得出的控制限进行比较，如果统计量在控制限范围内，那么测试数据是正常的，无故障发生，如果统计量不在控制限范围内，那么需要计算出每个变量的贡献率，选取贡献率最大的变量作为故障的原因，最终达到对供输弹系统的内外状态同步监测与故障诊断。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：能够对整个供输弹过程的各个阶段的执行机构和弹丸运行状态数据进行采集，并且通过对外部数据和内部数据的时间轴同步，从多个方向更为全面的完成对主要故障的监测和诊断，同时能够更直接的完成对故障的定位，推断出可能造成故障的原因。附图说明图1为本专利技术火炮供输弹系统的内外状态同步监测框图。图2为本专利技术传感器安装位置示意图。图3为本专利技术火炮供输弹系统的内外状态同步的原理简图。图4为本专利技术火炮供输弹系统的故障诊断方法流程图。具体实施方式本专利技术将弹丸作为内部研究对象，执行机构作为外部研究对象，对它们进行内外状态同步运动监测和故障诊断，下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：将整个供输弹过程分为供弹、协调、摆弹、输弹四个阶段，根据历史数据以及专家经验确定出每个阶段的主要故障以及故障产生的原因，选择能够反映关重件过程状态的参数进行监测，参数的选择和传感器的安装如下：(1)供弹阶段弹筒链长期受到冲击振动，造成零件的变形或者磨损，出现弹链运行不灵活、弹丸无法固定、弹筒定位误差较大等问题，有必要对弹链的运行状态进行监测。由于弹仓的结构限制，弹筒和弹筒之间区分度不高，选择在弹筒链驱动链轮上安装角度传感器采集链轮变化的角度，间接反映弹筒运行的位移、速度。链条式推弹器负责将弹丸从弹筒中推送到协调器的托弹盘上，推弹器本身运行的稳定性和弹丸的磕碰程度为主要影响因素。选取推弹链条驱动链轮的角度变化监测推弹链条的运行状态，在链条驱动链轮上安装角度传感器，如果出现运转不灵活、无法伸缩等问题，都可以在采集到的数据曲线的变化中体现出来。(2)协调阶段的故障模式主要表现在协调器的转速、位置和精度等方面上，故障原因包含电机、电磁失电制动器的故障、各种机械部件和开关的损坏以及小平衡机的气液量不足等问题。考虑到参数要能较为完整的反映协调阶段的运行状态，选择协调器转过的角度，在协调器耳轴上安装角度传感器，以此监测协调臂转动的角速度变化，判别协调臂是否到达准确位置以及偏离位置的角度。(3)摆弹油缸驱动托弹盘完成弹丸的翻转功能，在翻转和回复的交替过程中，油缸的作用腔和反作用腔会产生较大的液压变化，一旦发生摆弹到位行程开关失灵或者触发位置变化等问题，将会对防护仓产生液压冲击，对于整个摆弹阶段，油泵、蓄能器充压故障和系统调压均可能发生故障，所以在油缸阀体上安装液压传感器，直接监测摆弹油缸的液压值并完整的记录下摆弹的过程。(4)输弹阶段的故障模式主要表现在输弹链的速度、到位程度上，除了不可避免的变形磨损，输弹油缸故障是输弹失败的主要原因，选择在输弹油缸阀体上安装液压传感器，通过液压信号的波动反映链条头与弹丸底部碰撞的速度波动。而且输弹链一直隐藏于链条箱和炮膛内，链条头与弹丸底部直接接触，直接监测输弹链的运行状态极为困难，所以选择输弹链链轮的转动角度和角速度对链条的运行状态进行间接的监控，因此选择在输弹链链轮上安装角度传感器进行监测。(5)在强制输弹的过程中，输弹链和弹丸底部碰撞，产生较大的冲击作用力，使得弹丸达到一定的初速度，完成最终的惯性卡膛。同时弹丸在推弹入膛的过程中，会多次与身管之间发生碰撞，弹丸的运行姿态也会影响卡膛是否成功。在弹丸底凹部分安装三个传感器和嵌入式多通道采集装置，通过三向力传感器监测弹丸受到的推力，利用三向加速度传感器监测弹丸受到的振动加速度，最后使用陀螺仪获取弹丸的运动姿态，所有数据存储在嵌入式多通道采集装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种供输弹系统的内外状态同步监测与故障诊断方法，其特征在于：将弹丸作为内部研究对象，执行机构作为外部研究对象，通过一组激光发射接收装置采集到的信号完成对它们进行内外状态同步运动监测和故障诊断。/n

【技术特征摘要】
1.一种供输弹系统的内外状态同步监测与故障诊断方法，其特征在于：将弹丸作为内部研究对象，执行机构作为外部研究对象，通过一组激光发射接收装置采集到的信号完成对它们进行内外状态同步运动监测和故障诊断。


2.根据权利要求1所述的供输弹系统的内外状态同步监测与故障诊断方法，其特征在于：在弹筒链驱动链轮上安装角度传感器监测链轮变化的角度；在链条驱动链轮上安装角度传感器，监测链轮的角度变化；在协调器耳轴上安装角度传感器监测协调臂转动的角速度变化；在摆弹油缸阀体上安装液压传感器监测摆弹油缸的液压值变化；在输弹油缸阀体上安装液压传感器监测输弹油缸的液压值变化；在输弹链链轮上安装角度传感器监测输弹链轮角速度变化；
在弹丸底凹部分安装三个传感器和嵌入式多通道采集装置，通过三向力传感器监测弹丸受到的推力，利用三向加速度传感器监测弹丸受到的振动加速度，最后使用陀螺仪获取弹丸的运动姿态，所有数据存储在嵌入式多通道采集装置中；
在弹仓边缘位置安装一个激光发射头，激光以面状射出，且平行于弹仓口所在的平面，激光发射头正对面安装第一激光接收端A，在弹丸底部安装第二激光接收端B，同时接收端位于激光能够覆盖的上半部，利用一个激光发射头和两个激光接收端，选择弹丸尾部出弹仓的时刻作为内外数据同步的时刻；具体步骤如下：
步骤1：获取弹丸的运动状态参数，所有数据存储在嵌入式多通道采集装置中，以TXT格式导出内部数据，转入步骤2；
步骤2：获取整个供输弹过程中对于外部执行机构的参数，所有数据都存储在外部数据采集设备中，以TXT格式导出外部数据，转入步骤3；
步骤3：对于两个激光接收端接收到的两个方波信号，选取方波上升沿前的第一个点的采样位置作为标记点，结合外部数据和内部数据分别设置的采样率计算两个标记点在各自数据时间轴上的时间点，并算出两个时间的差值t，将弹丸采集到的内部数据中在0～t时间段内的数据去除，剩余的数据时间轴统一往前移动t，实现外部执行机构运行信号和弹丸运行信号的同步，获得同步数据，并将同步数据在一个时间轴上显示，转入步骤4；
步骤4：对同步数据进行小波时频分析和相关性分析方法，实现同步数据的预处理和去噪，去除同步数据中的异常点，消除基线漂移的影响；将同步数据组成一个数据矩阵，每一个时刻对应的数据为一列，代表所有的变量类型，每一行表示一个样本；对数据矩阵进行中心化和标准化处理，转入步骤5；
步骤5：在正常运行工况下，执行步骤1至步骤4，获得一组新的完整的同步数据，进而获得训练数据矩阵：
选用高斯核函数将输入空间样本点变换为特征空间中的样本点，此时求解出来的特征空间中的协方差矩阵，即核矩阵K，其中样本点数为m，xi是第i个样本点，k(x,y)为核函数，φ(xi)为映射函数：






其中，σ是核函数的带宽；
根据定理：空间中的任一向量，均能用该空间中的所有样本线性表示，...

【专利技术属性】
技术研发人员：狄长安，邵夕安，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32