测控系统典型故障案例分析.doc

测控系统典型故障案例分析王晓晖 龚俊宇 纪浩中国航天科技集团公司第四研究院第四十一研究所燃烧、流动和热结构国家级重点实验室，陕西西安，710025摘要：测控系统是某型导弹地面系统的重要组成部分，为充分发挥导弹武器战术技术性能，全面掌握系统或导弹的技术状况，为武器系统指挥决策提供准确判断依据，需对现有测控系统进行优化为更好的提高系统性能，对某型测控系统在试验中出现的典型故障问题进行了研究，按照元器件失效的故障、干扰引起的故障以及接地不正确引起的故障进行了分类定位分析和试验验证结合每一类故障的机理，分析出对测控系统造成影响的成因、改善方法和解决措施提出了测控系统设计中需要解决的关键问题的分析途径，为后续测控系统的设计方案提出了优化意见，有效提高了系统性能主题词：测控系统；典型；故障分析Typical Faults Analysis of Testing and Launching SystemWang Xiaohui，Gong JunYu，Ji Hao(The 41st Institute of the Academy of China Aerospace Science And Technology CorporationNational Key Laboratory of Combustion，Flow and Thermo-structure，Xian,710025)Abstract: Missile testing and launching system is an important part of missile ground system, it inform us the technical conditions of the missile weapon system, provide the criterions of command and decision for the weapon system, so there is need to optimize the missile testing and launching system. For improving the performance of the system, some typical faults are studied in the paper. Faults are caused by disable component, interference and incorrect equipment grounding are analysed and some tests of validation are provided. In consideration of the mechanism of every kind of fault, the paper provides the reasons, improving and solution methods. This paper presents the analysis method for the crucial problems of the testing and launching system, provide the optimize opinions for system design later on, and improve the performance of the system effectively.Key words: testing and launching system; Typical; Fault analysis0 引言测控系统是某型导弹地面系统的重要组成部分，主要完成导弹发射前的综合测试以及发射控制任务，同时参与导弹总装过程中的电气系统综合测试[1]。

研制过程中，测控系统在单元测试、系统匹配试验以及弹地联试等综合试验中暴露出一些技术问题，这些问题的妥善解作者简介：王晓晖（1978-），女，甘肃省嘉峪关市人，硕士研究生，火控总体副主任设计师，主要从事火控总体方向的研究决使得测控系统不断改进和完善，并最终成功完成了该型导弹的发射任务，飞行试验取得圆满成功本文对测控系统在试验中出现的典型故障及其分析解决措施进行了介绍，并按故障的主要原因对故障进行类别区分同时针对每类故障，对测控系统设计进行了详细分析1 元器件失效故障1.1 元器件失效造成时统信号异常1.1.1 故障现象在测控系统调理箱验收单元测试中，发现时统信号输出电压异常设计要求在脱落插头脱落前，时统信号输出电压为5±0.1V，插头脱落后为0±0.1V实际测试结果为：插头脱落前时统信号输出电压为2.27V，插头脱落后输出电压不能满足0±0.1V1.1.2 故障分析设计人员对时统信号相关电路进行了检测，发现时统信号的光耦隔离器件损坏，造成电压异常分析认为造成元器件损坏的原因是时统电路不具有输出短路保护功能，试验中偶然的输出短路造成光耦器件烧坏1.1.3 解决措施增加光耦输出短路保护电路，可以保证在输出信号短时间短路的情况下，电路元件不受损伤。

改进后的时统信号电路原理图如下图1所示，后续试验中未再出现时统信号故障图1 时统信号电路原理图1.2 结果分析上述故障是由于元器件失效引起的元器件失效的原因有以下两点：首先是元器件本身存在某种缺陷，在正常的工作环境下失效；其次是电路设计不完善，未充分考虑保护措施，使用过程中的偶然操作失误容易造成器件损坏[2]元器件是系统的基本组成单元，任何一个元器件出现故障，都会导致发射中止甚至发射失败因此，元器件的可靠性设计是保证测控系统安全、可靠地完成任务的必要条件元器件的可靠性分为固有可靠性和使用可靠性[2]固有可靠性主要研究元器件在设计和制造过程中的可靠性，使用可靠性则研究在系统研制过程中如何选好、买好、用好和管好元器件，防止元器件使用失效对于测控系统整机和系统设计人员来说，主要解决的是使用可靠性要提高使用可靠性，设计人员首先必须了解元器件，了解选用元器件的特征、结构及使用环境，了解元器件的选取准则等，然后再进行元器件的选择和设计元器件的选择和设计又包括了降额设计、冗余设计、瞬态防护设计以及耐环境设计等降额设计就是使元器件在工作时，承受的工作应力适当低于元器件规定的额定值，从而达到降低基本故障率、提高使用可靠性的目的。

冗余设计通常是指采用增加串、并联元器件的数量来完成给定功能，提高系统的可靠性瞬态防护设计指的是通过提高元器件的抗瞬态能力来提高系统的可靠性一般常用的措施为箝位、滤波、限流、屏蔽等耐环境设计是指保证元器件可在系统工作环境下正常使用测控系统属于地面系统，不存在热环境防护和真空环境防护等设计，但需要考虑高低温环境、潮湿环境以及霉菌、盐雾、沙尘等环境防护选用元器件时应充分考虑上述因素，保证设备在正常使用和贮存期内保持良好的技术状态2 干扰引起的故障2.1 调理箱时序灯误亮故障2.1.1 故障现象在测控系统匹配试验中，按下调理箱“时序加电”按钮后，调理箱显示面板上的“时序信号1”、“时序信号2”和“时序信号3”三个时序指示灯亮，与设计状态不符重复测试多次，该故障有时出现，有时不出现另外，在按下“发控电源”按键时，也出现类似的时序灯误亮问题2.1.2 故障分析设计人员分析认为，指示灯误亮的主要原因是因为调理箱内部时序信号显示触发电路比较灵敏，抗干扰性能不良2.1.3 解决措施设计人员对调理箱时序显示触发电路进行了设计改进，在显示触发电路的前端增加RC滤波电路，提高抗干扰能力时序触发电路原理图如下图2所示（以1路时序显示电路为例）。

一旦时序信号到来，时序指示灯将保持亮若按下时序灯复位开关，D触发器复位，时序指示灯熄灭电路中加了滤波电路后，虽然可以抑制干扰，但由于增加了电容，当时序到来时，电容有充电过程，这样将会使时序指示灯显示延时[4]经过计算分析，显示延时时间约为几十毫秒，因此不会影响正常时序的显示和判断在后续试验中，未再出现时序灯受干扰误亮的问题图2 时序触发电路原理图2.2 调理箱综合测试输出信号干扰故障2.2.1 故障现象在测控系统匹配试验中，测控计算机采集到的时序及电压信号中含有严重的干扰信号，无法达到设计要求2.2.2 故障分析试验中测控计算机的时序及电压信号是由调理箱转接的设计人员检查后发现，测控计算机直接采集弹上设备发出的信号是正常的，而通过调理箱转接后就出现严重的干扰，因此将故障定位在调理箱对调理箱测试后发现，调理箱转接至测控计算机的信号变换调理电路的输出波形干扰较大，其中某些电压信号中含有频率为50Hz的交变干扰电压设计人员分析认为，故障原因主要是调理箱内部信号调理电路未做好电磁兼容设计，一旦调理箱受到干扰，就会使干扰信号影响测控计算机接口电路的正常工作，造成信号输出异常2.2.3 解决措施对调理箱的信号变换调理电路进行改进，增加滤波电容，使50Hz交流干扰信号的幅值减小到20mV左右。

经测控系统多次匹配试验检测，测控计算机采集信号波形正常，满足试验要求2.3 结果分析上述2个故障的主要原因都是干扰信号影响了系统的正常工作由于测控系统电路有模拟电路、数字电路、脉冲电路等多种电路，工作过程中难免出现一些干扰现象有的干扰为轻微干扰，不会影响系统正常工作，而有的干扰则较为严重，可能会破坏电路的正常功能，因此抗干扰设计就显得尤为重要抗干扰属于电磁兼容性设计范畴产生干扰的三要素为：干扰源、传播途径和对干扰敏感的接收电路其中干扰的传播途径包括导体传输（传导干扰）和空间传输（包括近场感应和远场辐射）由于当这三个因素同时存在时才会出现干扰，因此抑制干扰源、切断传播途径或提高接收电路的抗干扰能力都可以抑制干扰，防止故障发生测控系统采用滤波、接地、屏蔽、隔离、设置吸收网络以及合理的布局布线等抗干扰措施，可以有效地抑制干扰，保证系统的正常工作具体分析如下：a. 滤波是抑制传导干扰的主要方法例如电源滤波器可以抑制同一电网上通过交流电源窜入电路内部的干扰；电容滤波电路可以滤除毛刺干扰；去耦滤波可以抑制共阻抗耦合；在信号开关后面加上RC滤波电路，可以消除触点抖动干扰脉冲等等；b. 接地是提供基准电位和安全地电位来消除干扰。

屏蔽是切断空间干扰耦合的主要手段它是利用屏蔽体来消弱或切断干扰的空间耦合通道，通过封闭干扰源或被扰设备来阻止干扰的影响例如地面长距离传输检测信号、时序脉冲信号的电缆均采用了屏蔽措施，且地面电缆屏蔽与弹上电缆屏蔽接为一体并可靠接系统保护地，这样屏蔽层上感应的电流可直接流入大地，保证了弹地传输的信号不受干扰若屏蔽不接地，则屏蔽层上产生的电流就会经过屏蔽层和信号线的分布电容流入信号线而产生干扰因此在测控系统设计中，屏蔽与接地是不能分开的，屏蔽和接地需综合考虑才能更好地达到抑制干扰的目的；c. 隔离是通过切断共地耦合通道，抑制因地环路引入的干扰测控系统主要采用了继电器、光耦隔离器等隔离电路一般系统的输出信号采用继电器进行隔离，输入信号采用光耦隔离器进行隔离；d. 设置吸收网络对于抑制感性负载干扰有较好的效果测控系统中应用最多的感性负载就是继电器由于继电器在断电时的反电势较大，很容易产生击穿或火花现象，导致继电器损坏因此可采用圈两端并联吸收网络或在触点两端并接灭火花电容，来抑制线圈反电动势干扰，消除触点火花常用的吸收网络有D网络、R-D网络、R-C网络和稳压管网络如下图3所示其中D网络和R-D网络由于有二极管VD，因此不适用于交流感性负载，只能用于直流感性负载。

R-C网络和稳压管网络对交流和直流感性负载均适用。