何雨昂 徐志书 龙海峰 桑庆宏 樊茜

摘要

本文分析了在工程应用中多余物对产品可靠性的影响，同时解释了该现象产生的原因;说明了一种多余物引入导致电子产品在特殊条件下发生故障的方式。

【关键词】接触电队 传感器 异常现象

1 引言

在伺服系统中，常使用电阻板片式位置传感器采集伺服执行机构的实际运动位置。当该传感器采样出现扰动时，会导致位置伺服闭环控制异常。该异常现象随位置伺服变化而变化，在伺服执行机构动作至行程最大值附近时，采样误差最为明显;当伺服执行机构动作至行程最小值附近时，基本检测不到采样误差。本文针对以上现象进行分析，得出该现象的产生原因。

2 伺服系统组成及异常现象

伺服系统控制永磁同步电机转动，带动丝杠伸缩，实现位置伺服控制。其原理框图如图1所示。

由图1可以看出，伺服系统由电流传感器构成内环控制;由旋转变压器构成中间环控制;由位置传感器构成外环控制。内环实现永磁同步电机的出力稳定，中间环实现电机转速稳定，外环实现位置伺服的精确控制。

若异常存在时，伺服控制驱动器在振动环境下工作，会出现线位移反馈在某些位置抖动的现象，同时伺服系统工作电流增大，母线电压出现波动。该现象如图2所示。

伺服控制驱动器控制机电作动器在两个正弦曲线的运动过程中，控制驱动器全程均在振动环境下，但仅在两个正半周出现明显采样异常现象。

3 原因分析与计算

伺服作动器的线位移通过线位移传感器采集实际运动位置，供电使用10V，为提高传感器线性度，在传感器机械零位增加5V电源。出现该异常现象是由于10V电源连接器位置存在多余物。伺服控制驱动器的电连接器若引入多余物，在静态下往往不易发现，但在振动环境下，该多余物会导致连接器的接触电阻在振动过程中增大。伺服控制驱动器位置传感器的硬件连接关系如图3所示。

如图3所示，当电刷采集到的电压为Ux时，由欧姆定律可知：因此，推导U_x的关系式为：

若不存在ΔR时，其电压U_x2为：

由于ΔR为异常接触电阻，其数值可变，因此在接触良好的条件下不存在ΔR，此时波动电压ΔUx与电阻的关系式为：

经过简化为：

由以上关系式中，R为电位计电阻，可认为其为恒值ΔR为接触电阻，可认为其为恒值。因此可以得出结论：因接触电阻ΔR变化产生的误差电压ΔUx的大小，与电刷采集的电阻Rx成正比关系。

4 计算验证

极限工况1：电刷位置接近线位移板片端头时，即Rx约为R，同时设电阻R为1KΩ，假定ΔR为10Ω。

极限工况2：电刷位置接近线位移板片中间位置，假定即Rx约为10Ω，假定ΔR为10Ω。

将以上两个工况分别带入ΔUx的关系式，得出的结果如表1所示。

由以上计算可以直观地看出，当线位移传感器的电刷接近中间值时，由于接触电阻导致的误差电压不足1mV，但当线位移传感器的电刷接近最大值，此时所测量的电壓仅增大约1倍，但此时误差电压增大了两个数量级。因此，从原理上可以证明当电刷接近最大值时，所采集的误差电压明显增大的故障现象。

5 结论

通过以上分析，证明电子产品在对接面产生多余物在一定的条件下会导致异常现象，该现象仅与供电回路中一个网络的阻抗相关。

参考文献

[1]许龙飞.运载火箭总装气密试验多余物控制方法分析[J].北京：质量与可靠性，2017.

[2]张辉.航天继电器多余物检测方法的综合分析与讨论[J].四川：机电元件，2003.