FQX14防水电连接器,防水航空插头
蔡珍等
摘要：
针对航空电连接器系统建立数学模型，提出基于自适应滑模观测器的故障重构方法实现间歇性失效检测.针对乘性故障上界未知的情况，设计自适应律在线修正滑模观测器增益.采用Lyapunov函数作为稳定观测器的判别条件，保证跟踪状态的收敛性.引入线性变换矩阵进一步求取实现滑模运动的滑模观测器增益常数项，并验证滑模运动将在有限时间内发生.应用等价输出误差介入原理获取故障信息，实现乘性故障的检测和重构.对重构出的特征参数进行分析可以判断电连接器是否发生失效.用SIMULINK进行仿真，结果验证该方法有效.
关键词：
航空电连接器； 间歇性失效检测； 滑模观测器； 故障重构
中图分类号： TP206.3
文献标志码： B
0引言
电连接器作为民用飞机电气线路互联系统（Electrical Wiring Interconnection System， EWIS）的重要部件，用于实现电信号的传输和控制以及电子与电气设备之间的电连接，其可靠性直接影响到EWIS的稳定工作和飞机的安全运行.电连接器的间歇性失效是影响其可靠性的主要因素之一，其间歇性失效主要由其微动磨损造成.微动磨损会导致接触电阻逐渐增加，致使发热增加，进而促使金属接触面氧化加速，将伴随接触电阻从几毫欧间歇性地增大至几欧或几十欧，最终引发电气系统回路发生间歇性的不可复现性的失效.
间歇性失效是一种不经修复而在一定时间内能自行恢复功能的失效，具有时好时坏、忽隐忽现的特点，因此常常检测不出，从而长期潜伏.电连接器的间歇性失效是由接触电阻的间歇性变化引起的，在数学模型中属于元部件故障，因此可以用间歇性故障检测方法达到检测实际系统中电连接器间歇性失效的目的.间歇性故障的检测方法大都是传统故障检测方法的改进，主要有定性和定量两大方法.基于观测器的定量方法是当前研究的热点，其主要思想是设计观测器并生成残差，由决策逻辑分析残差从而判定系统是否失效.在检测中，人为设定阈值的大小会对被检测系统的灵敏度和鲁棒性产生很大影响.通过故障重构进行检测不是通过残差信号得到失效信息，而是利用观测器直接重构失效信号，避免产生残差信号和评价残差信号的复杂性，且故障重构可以估计失效信号大小和严重程度.常用的故障重构方法有自适应故障重构和基于滑模观测器的故障重构.张柯等基于自适应观测器进行故障估计，但其要求故障的导数有界，而对于快速变化的间歇性故障，其导数趋向于无穷大，因此滑模观测器更适用于间歇性失效信号的重构.
滑模变结构观测器方法对不确定因素具有极强的鲁棒性，并且可以通过保持滑模运动的等效输入信号实时精确估计失效信号，因此该方法在失效检测和信号重构领域受到越来越广泛的关注.SHEN等针对线性系统的乘性故障检测和重构问题，结合线性矩阵不等式方法设计滑模观测器，但并未考虑系统外界干扰.赵瑾等针对不确定动态系统的执行器故障检测和重构问题，以滑模观测器为基础，利用状态和输出变换方法与奇异值分解方法相结合对系统进行降阶，提出一种鲁棒故障重构观测器，但并没有同时考虑故障上界未知的情况.本文设计一种鲁棒自适应滑模观测器，利用自适应律消除故障上界未知对观测器状态收敛的影响，利用滑模部分重构间歇性故障，最后通过仿真验证该方法有效.
1电连接器系统模型
导线和电缆用于飞机电源与用电设备之间的连接，以及用电设备之间的相互连接.为拆装方便，导线和电缆在通过需要拆装的地方时，必须有专门的连接装置.电连接器作为一种连接装置可以用来连接单根或多根导线.在正常情况下电连接器的接触电阻很小，当接触电阻间歇性突增时便发生间歇性失效.在建立模型时将电连接器等效为电阻接入电路之中，考虑两端所接导线电阻，且假设所接负载为电机.飞机直流电机系统电路见图1.
图1中：u为输入电压；r1和r2分别为电连接器前端与后端导线电阻；Ra和La分别为电枢回路的电阻与电感；Rd为电连接器的接触电阻；e为电动机的反电势；J为电动机轴上的等效转动惯量；b为轴上的等效阻尼系数；θ为电机轴的转角；根据基尔霍夫定律和牛顿第二定律对图1所示的系统列基本方程组
4结论
针对电连接器间歇性失效检测问题设计一种自
适应滑模观测器.建立飞机直流电机负载线路的数学模型，在对乘性故障模型变换的基础上构造滑模观测器.考虑到故障上界未知的情形，进一步对滑模观测器增益设计自适应律.考虑系统中的干扰，通过引入线性变换矩阵及构造Lyapunov函数证明：状态误差能够收敛；系统能在有限时间内实现滑模运动.应用等价输出误差介入原理进行故障重构从而达到间歇性失效检测的目的.在理论研究的基础上进行仿真验证，结果表明：通过自适应滑模观测器直接进行故障重构可以有效检测失效，避免产生残差信号和评价残差信号的复杂性.
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