面向极端制造装备的液压巨系统容错技术研究

　　0　引言

　　液压巨系统,通常指具有高压或超高压、超大流量、多泵组、多执行元件、复杂控制系统、超大元件等特征的系统。我国发展中的数万吨级模锻装备、数百万吨级石化装备、空天运载工程、新一代高效节能冶金流程装备等极端制造中都包含有液压巨系统[1]。例如中国二重正开始建造的800MN模锻压机,最高压力65MN、高压流量24000L/min、总装机功率28800kW、泵组有60个泵、液压缸多达70只、高压元件通径达100mm。目前世界的航空制造业强国都拥有450MN以上的重型模锻压机,这些面向极端装备的液压巨系统控制系统庞大、复杂,对系统运行时的可靠性和保证系统质量的各种特性提出了更高要求。

　　可靠性工程从20世纪60年代萌生至今,已建立了成熟的理论体系,形成了结构冗余容错和信息容错两大技术[2-8]。结构冗余容错和信息容错方法是通过对液压系统、电气系统进行硬件设计、信号采集、数据处理、软件分析最终实现容错,信息流通路径长,本身就降低了可靠性[9-12]。传统容错技术在液压巨系统的应用会带来如下的问题:①结构冗余容错的应用会使液压巨系统变得非常庞大、笨重,结构上难以实现;②信息容错只解决了系统电控级的容错问题,而液压执行级(主功率级)的容错问题得不到很好解决,使液压巨系统的整体可靠性和安全性得不到有效提高。这些问题就构成了液压巨系统亟待解决的科学问题。

　　“流体故障知识岛”容错方法通过设计先导级的信息表达单元,包含逻辑运算模块,可对流体多种异常信息进行直接的检测、处理运算和判断,并将结果直接用于推动液压容错控制单元执行容错任务。这样和传统容错方法比较,信息流通路径短,信息处理实时性强。“流体故障知识岛”容错单元除为系统提供正常工作状态,还能故障状态下,通过表达故障,控制系统启动应急措施。这种液压容错单元只有一,两个功率级单元,但是有多个信息表达单元,在简化系统结构同时,能够解决液压巨系统整体容错的问题。

　　1　设置“流体故障知识岛”方法

　　“流体故障知识岛”方法的主要内容包括:流体的故障信息及表达方式、故障阈值、流体的控制方法,并将这些内容集合于容错控制单元内。通过研究流体信息特性与系统故障之间的内在关系,进行故障建模和容错阈值的研究,并对故障表达方式进行分类和优化。

　　1·1　液压系统故障建模

　　“流体故障知识岛”方法通过采取模糊理论智能综合评价液压系统故障,达到可靠,高效评价的目的。模糊理论的定量化表达是通过“隶属度”来刻画的,可以先建立粗略的隶属函数,然后通过“学习”和不断的经验积累,逐步修正和调整权值,使隶属函数趋于完善,符合客观事实,实现故障建模[13-14]。其步骤如下: