DE102015110867B3 - Condition monitoring of an electromechanical actuator - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines elektromechanischen Aktors (1), der einen Antrieb (2) und einen Abtrieb (3) umfasst. Das Verfahren umfassend folgende Schritte: Erfassen (101) einer Zeitreihe eines Zustands Z(t) des Aktors (1), Bereitstellen (102) eines Zustandsschätzers ZS zur Ermittlung eines geschätzten Zustandes ZG(t) des Aktors (1), Ermitteln (103) einer Zeitreihe eines geschätzten Zustands ZG(t) des Aktors (1), Ermitteln (104) eines Zeitintervalls Δt = [ta, te] in dem gilt: ṖAn(t) ≠ 0 und/oder ṖAb(t) ≠ 0 und/oder ṖGAn(t) ≠ 0 und/oder ṖGAb(t) ≠ 0, für das Zeitintervall Δt Ermitteln (105) zumindest eines Residuums Ri(t'), für das Zeitintervall Δt Transformieren (106a, b) des zumindest einen Residuums Ri(t') in einen Frequenzbereich und/oder in einen Wegbereich, Ermitteln (107a) von Fehlerfrequenzen ωF des transformierten Residuums Ri,Freq(ω) und zugehöriger Amplituden A(ωF) und/oder Ermitteln (107b) von Fehlerpositionen sF des transformierten Residuums Ri,Weg(s) und zugehöriger Amplituden A(sF), Klassieren (108a) des zumindest einen transformierten Residuums Ri,Freq(ω) in eine Klasse KFreq* von mehreren vorgegebenen Klassen KFreq, und/oder Klassieren (108b) des zumindest einen transformierten Residuums Ri,Weg(s) in eine Klasse KWeg* von mehreren vorgegebenen Klassen KWeg, und Vergleichen (109a) der Amplituden A(ωF) mit für die Klasse KFreq* vorgegebenen Norm-Amplituden ANorm,KFreq(ωF), und/oder Vergleichen (109b) der Amplituden A(sF) mit für die Klasse KWeg* vorgegebenen Norm-Amplituden ANorm,KWeg(sF), wobei, sofern die Amplituden A(ωF) des transformierten Residuums Ri,Freq(ω) eine von den Normalwerten Anorm,KFreq(ωF) der Klasse KFreq* abhängige Bedingung B1 nicht erfüllen, oder sofern die Amplituden A(sF) des transformierten Residuums Ri,Weg(s) eine von den Normalwerten ANorm,KWeq(sF) der Klasse KWeq* abhängige Bedingung B2 nicht erfüllen, Erzeugen (110a) und Ausgeben (100b) einer Warnung.The invention relates to a method and a device for monitoring an electromechanical actuator (1), which comprises a drive (2) and an output (3). The method comprises the following steps: detecting (101) a time series of a state Z (t) of the actuator (1), providing (102) a state estimator ZS for determining an estimated state ZG (t) of the actuator (1), determining (103) a time series of an estimated state ZG (t) of the actuator (1), determining (104) a time interval Δt = [ta, te] in which: ṖAn (t) ≠ 0 and / or ṖAb (t) ≠ 0 and / or ṖGAn (t) ≠ 0 and / or ṖGAb (t) ≠ 0, for the time interval Δt determining (105) at least one residual Ri (t '), for the time interval Δt transforming (106a, b) of the at least one residual Ri (t ') in a frequency range and / or in a path range, determining (107a) error frequencies ωF of the transformed residual Ri, Freq (ω) and associated amplitudes A (ωF) and / or determining (107b) error positions sF of the transformed residual Ri, Path (s) and associated amplitudes A (sF), classifying (108a) the at least one transformed residual Ri, Freq (ω ) into a class KFreq * of several predetermined classes KFreq, and / or classifying (108b) the at least one transformed residuum Ri, path (s) into a class KWeg * of several predetermined classes KWeg, and comparing (109a) the amplitudes A ( ωF) with standard amplitudes ANorm, KFreq (ωF) specified for the class KFreq *, and / or comparisons (109b) of the amplitudes A (sF) with standard amplitudes ANorm, KWeg (sF) given for the class KWeg * if the amplitudes A (ωF) of the transformed residual Ri, Freq (ω) do not satisfy a condition B1 dependent on the normal values Anorm, KFreq (ωF) of the class KFreq *, or if the amplitudes A (sF) of the transformed residue Ri, Way (s) does not satisfy a condition B2 dependent on the normal values ANorm, KWeq (sF) of the class KWeq *, generating (110a) and outputting (100b) a warning.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines elektromechanischen Aktors, der einen Antrieb und einen Abtrieb umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Luftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug, ein Wasserfahrzeug, ein Raumfahrzeug mit einer ebensolchen Vorrichtung, sowie ein Computer-Programm-Produkt, ein Computersystem, ein digitales Speichermedium, und ein Computer-Programm.The invention relates to a method and a device for monitoring an electromechanical actuator comprising a drive and an output. Furthermore, the invention relates to a vehicle, in particular an aircraft, a motor vehicle, a watercraft, a spacecraft with such a device, and a computer program product, a computer system, a digital storage medium, and a computer program.
Der Begriff „elektromechanischer Aktor” ist vorliegend breit auszulegen. Er umfasst vorliegend einen elektrischen Antrieb (bspw. einen Elektromotor, einen Piezomotor oder einen Linearmotor, etc.), einen Abtrieb (bspw. eine Abtriebswelle, einen Abtriebsstrang, etc.) und optional ein zwischen Antrieb und Abtrieb geschaltetes Kopplungsglied (bspw. ein Getriebe) mit einem Übersetzungsverhältnis, über das Bewegungen des Antriebs auf den Abtrieb vermittelt werden. Zudem sind sämtliche zugehörigen Aktor-Komponenten, wie bspw. Kugellager, Kugelumlaufspindel, Dichtungen, etc. umfasst.The term "electromechanical actuator" is to be interpreted broadly. In the present case, it comprises an electric drive (for example an electric motor, a piezomotor or a linear motor, etc.), an output (for example an output shaft, a power take-off, etc.) and optionally a coupling member (for example a transmission) connected between drive and output ) with a transmission ratio, are communicated via the movements of the drive to the output. In addition, all associated actuator components, such as ball bearings, ball screw, seals, etc. are included.
Da in vielen Anwendungen ein Ausfall eines solchen Aktors zu sicherheitsrelevanten Problemen führen kann, wie bspw. in der Luftfahrt, ist ein möglichst frühzeitiges Erkennen von sich ankündigenden Fehlern im Aktor, sogenanntes „Health Monitoring”, erforderlich.Since in many applications a failure of such an actuator can lead to security-related problems, such as in aviation, the earliest possible detection of imminent errors in the actuator, so-called "health monitoring" is required.
Hierzu ist bspw. bekannt, mittels Beschleunigungssensoren mechanische Schwingungen des Aktors zu erfassen und hinsichtlich sich ankündigender Fehler auszuwerten.For this purpose, for example, it is known to detect mechanical vibrations of the actuator by means of acceleration sensors and to evaluate them in terms of imminent errors.
Aus der
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit der eine Fehlererkennung bei einem elektromechanischen Aktor zuverlässiger und genauer möglich ist.The object of the invention is to specify a method and a device with which error detection in an electromechanical actuator is more reliable and more accurate.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.The invention results from the features of the independent claims. Advantageous developments and refinements are the subject of the dependent claims. Other features, applications and advantages of the invention will become apparent from the following description, as well as the explanation of embodiments of the invention, which are illustrated in the figures.
Ein erster Aspekt der Aufgabe ist gelöst durch ein Verfahren zur Überwachung eines elektromechanischen Aktors, der einen Antrieb und einen Abtrieb aufweist, umfassend folgende Schritte.A first aspect of the object is achieved by a method for monitoring an electromechanical actuator having a drive and an output, comprising the following steps.
In einem Schritt erfolgt ein Erfassen einer Zeitreihe eines Zustands Z(t) des Aktors. Dieser Zustand Z(t) umfasst zumindest folgende Zustandskomponenten:
- – Position PAn(t) des Antriebs und Position PAb(t) des Abtriebs,
- – optional zumindest eine der daraus ermittelte zugehörige erste Zeitableitung ṖAn(t) oder ṖAb(t), und
- – optional die zwei daraus ermittelten zugehörigen zweiten Zeitableitungen
P ..An(t) P ..Ab(t)
- Position P An (t) of the drive and position P Ab (t) of the output,
- Optionally at least one of the associated first time derivation determined therefrom Ṗ An (t) or Ṗ Ab (t), and
- Optionally, the two associated second time derivatives derived therefrom
P .. An (t) P .. Ab (t)
Die Positionen PAn(t) und PAb(t) werden mittels geeigneter Sensoren gemessen. Die ersten und zweiten Zeitableitungen ṖAn(t), ṖAb(t),
- – elektrische Stromaufnahme IMot(t) des Elektromotor,
- – elektrische Spannung UMot(t) am Elektromotor
- – Temperatur TMot(t) des Elektromotors
- – Temperatur TLuft(t) der Luft im Innenvolumen VAkt(t)
- – Temperatur TSchm(t) eines Schmiermittels im Innenvolumen VAkt(t)
- – Last LMot(t) des Elektromotors
- – Last LZyl(t) des Zylinders
- – Druck PAkt(t) im Innenvolumen VAkt(t) des Aktors
- – Menge MSchm(t) eines Schmiermittels im Aktor
- – Volumen VSchm(t) des Schmiermittels im Aktor.
- Electric current consumption I Mot (t) of the electric motor,
- - Electrical voltage U Mot (t) on the electric motor
- - Temperature T Mot (t) of the electric motor
- Temperature T air (t) of the air in the internal volume V Akt (t)
- Temperature T Schm (t) of a lubricant in the internal volume V Akt (t)
- - Last L Mot (t) of the electric motor
- - Last L Zyl (t) of the cylinder
- - Pressure P Akt (t) in the internal volume V Akt (t) of the actuator
- - Quantity M Schm (t) of a lubricant in the actuator
- - Volume V Schm (t) of the lubricant in the actuator.
Diese dienen im weiteren Verlauf des vorgeschlagenen Verfahrens unter anderem zu einer nachfolgend beschriebenen Klassierung und ermöglichen insbesondere eine genauere Schätzung der nachfolgend angegebenen Schätzgrößen.These are used in the further course of the proposed method, inter alia, to a classification described below and in particular allow a more accurate estimate of the estimates given below.
In einem weiteren Schritt erfolgt ein Bereitstellen eines Zustandsschätzers ZS zur Ermittlung eines geschätzten Zustandes ZG(t) des Aktors. Der Zustandsschätzer ZS basiert auf einem entsprechenden Zustandsmodell des Aktors und erlaubt bei Vorgabe von für das Zustandsmodell benötigten, typischerweise mittels Sensoren gemessenen Eingangsgrößen, die Ermittlung eines geschätzten Zustandes ZG(t) des Aktors. Grundsätzlich gilt, dass je mehr Eingangsgrößen verfügbar sind, die von dem Zustandsmodell auch berücksichtigt werden, desto genauer ist die Schätzung des Zustandes ZG(t). Der geschätzte Zustand basiert somit auf einer Kombination von Messwerten durch den Zustandsschätzer ZS. Der Zustandsschätzer wird vorteilhaft auf Basis des Zustandsmodells als Kalman-Filter formuliert.In a further step, provision is made of a state estimator ZS for determining an estimated state ZG (t) of the actuator. The state estimator ZS is based on a corresponding state model of the actuator and allows the determination of an estimated state when specifying required for the state model, typically measured by sensors input variables ZG (t) of the actuator. Basically, the more inputs that are also considered by the state model, the more accurate the estimation of state ZG (t). The estimated state is thus based on a combination of measured values by the state estimator ZS. The state estimator is advantageously formulated on the basis of the state model as a Kalman filter.
In einem weiteren Schritt erfolgt mittels des Zustandsschätzers ein Ermitteln einer Zeitreihe eines geschätzten Zustands ZG(t) des Aktors, umfassend folgende geschätzten Zustandskomponenten:
- – Position PGAn(t) des Antriebs und Position PGAb(t) des Abtriebs,
- – zumindest eine der zugehörigen ersten Zeitableitungen: ṖGAnt) oder ṖGAb(t), und
- – optional die zwei zugehörigen zweiten Zeitableitungen
P ..GAn(t)
- Position PG An (t) of the drive and position PG Ab (t) of the output,
- At least one of the associated first time derivatives: ṖG An t) or ṖG Ab (t), and
- Optionally, the two associated second time derivatives
P ..G An (t)
auf Basis der erfassten Zustände Z(t) und/oder auf Basis von bereitgestellten Stellgrößen SG(t) zur Ansteuerung des Antriebs. Bei einem Elektromotor als Antrieb des Aktors sind Stellgrößen bspw. eine elektrische Spannung UStell(t) und/oder ein elektrischer Strom IStell(t).on the basis of the detected states Z (t) and / or on the basis of provided manipulated variables SG (t) for controlling the drive. In an electric motor as a drive of the actuator, manipulated variables are, for example, an electrical voltage U Stell (t) and / or an electric current I Stell (t).
In einem weiteren Schritt erfolgt ein Ermitteln eines Zeitintervalls Δt = [ta, te] in dem gilt: ṖA n(t) ≠ 0 und/oder ṖA b(t) ≠ 0 und/oder ṖGAn(t) ≠ 0 und/oder ṖGAb(t) ≠ 0. In diesem Schritt wird somit auf Basis der bereits erfassten Zeitreihe des Zustands Z(t) ein Zeitintervall der Zeitreihe Δt ermittelt, in dem sich der Aktor durchgehend bewegt hat, d. h. die gemessenen und/oder geschätzten Geschwindigkeiten von Null verschieden sind. Das Zeitintervall Δt wird vorteilhaft derart gewählt, dass der Zustand Z(t) des Aktors in dem Zeitintervall Δt weitgehend konstant ist, d. h. dass auch weitere Zustandsparameter wie bspw. eine gleichbleibende Aktor-Temperatur, Aktor-Last, oder Antriebs-Geschwindigkeit, Antriebs-Spannung, Antriebs-Strom, etc. (im Wesentlichen) konstant sind.In a further step includes determining a time interval .DELTA.t is carried = [t a, t e] in which: P A n (t) ≠ 0 and / or p a b (t) ≠ 0 and / or PG An (t) ≠ 0 and / or ṖG Ab (t) ≠ 0. In this step, based on the time series of the state Z (t) already recorded, a time interval Δt is determined in which the actuator has moved continuously, ie the measured and / or or estimated speeds are different from zero. The time interval .DELTA.t is advantageously selected such that the state Z (t) of the actuator in the time interval .DELTA.t is largely constant, ie that also other state parameters such as a constant actuator temperature, actuator load, or drive speed, drive Voltage, drive current, etc. (essentially) are constant.
Vorteilhaft wird weiterhin das Zeitintervall Δt = [ta, te] derart ermittelt, dass in Δt für ṖGAn(t') und/oder ṖAn(t') gilt:
Weiterhin vorteilhaft wird das Zeitintervall Δt = [ta, te] derart ermittelt, dass in Δt ṖGAn(t') und/oder ṖAn(t') weniger als 5% variieren.Further advantageously, the time interval .DELTA.t = [t a , t e ] is determined such that in .DELTA.t ṖG An (t ') and / or An (t') vary less than 5%.
In einem weiteren Schritt erfolgt für das zuvor ermittelte Zeitintervall Δt ein Ermitteln zumindest eines folgender Residuen Ri(t'):
In einem weiteren Schritt erfolgt für das Zeitintervall Δt ein Transformieren des zumindest einen Residuums Ri(t') in einen Frequenzbereich zur Erzeugung eines transformierten Residuums Ri,Freq(ω), wobei ω eine Kreisfrequenz angibt. Das Transformieren des zumindest einen Residuums Ri(t') in den Frequenzbereich erfolgt vorteilhaft mit einer rekursiv definierten diskreten Fourier-Transformation, da dies eine geringere Rechenleistung und Speicherkapazität erfordert. Alternativ oder zusätzlich erfolgt ein Transformieren des zumindest einen Residuums Ri(t') in einen Wegbereich zur Erzeugung eines transformierten Residuums Ri,Weg(s), wobei s einen Weg bzw. einen Winkel angibt.In a further step, for the time interval Δt, the at least one residual R i (t ') is transformed into a frequency range for generating a transformed residual R i, Freq (ω), where ω indicates an angular frequency. The transformation of the at least one residual R i (t ') into the frequency domain advantageously takes place with a recursively defined discrete Fourier transformation, since this requires less computing power and storage capacity. Alternatively or additionally, the at least one residual R i (t ') is transformed into a path region for generating a transformed residual R i, path (s), where s indicates a path or an angle.
In einem weiteren Schritt erfolgt ein Ermitteln von Fehlerfrequenzen ωF des transformierten Residuums Ri,Freq(ω) und zugehöriger Amplituden A(ωF) und/oder ein Ermitteln von Fehlerpositionen sF des transformierten Residuums Ri,Weg(s) und zugehöriger Amplituden A(sF). Die Fehlerfrequenzen ωF bzw. die Fehlerpositionen sF der transformierten Residuen Ri,Freq(ω) bzw. Ri,Weg(s) können mittels bekannter Analysemethoden (bspw. Frequenzanalyse/Periodenanalyse) ermittelt werden. Die Frequenzanalyse erfolgt bevorzugt mit einer FFT-Analyse oder einer rekursiv definierten diskreten FFT-Analyse.In a further step, determination of error frequencies ω F of the transformed residual R i, Freq (ω) and associated amplitudes A (ω F ) and / or determination of error positions s F of the transformed residual R i, path (s) and associated ones takes place Amplitudes A (s F ). The error frequencies ω F or the error positions s F of the transformed residuals R i, Freq (ω) and R i, path (s) can be determined by means of known analysis methods (eg frequency analysis / period analysis) are determined. The frequency analysis is preferably carried out with an FFT analysis or a recursively defined discrete FFT analysis.
In einem weiteren Schritt erfolgt ein Klassieren des zumindest einen transformierten Residuums Ri,Freq(ω) in eine Klasse KFreq* von mehreren vorgegebenen Klassen KFreq. Alternativ oder zusätzlich erfolgt ein Klassieren des zumindest einen transformierten Residuums Ri,Weg(s) in eine Klasse KWeg* von mehreren vorgegebenen Klassen KWeg. Die Klassierung erfolgt jeweils anhand von für die jeweils vorgegebenen Klassen KFreq und KWeg vorgegebenen Kenngrößen. Vorteilhaft werden eine Anzahl T temperaturabhängige Klassen, eine Anzahl L lastabhängige Klassen, und eine Anzahl S geschwindigkeitsabhängige Klassen vorgegeben. Die Klassierung der Residuen Ri,Freq(ω) und Ri,Weg(s) erfolgt demzufolge vorteilhaft anhand der für das Zeitintervall Δt jeweils geltenden Kenngrößen (bspw. Temperatur, Last und Geschwindigkeit des Aktors, bzw. seines Antriebs oder Abtriebs). Die Klassierung erfolgt weiterhin vorteilhaft abhängig von den ermittelten Fehlerfrequenzen ωF und zugehörigen Amplituden A(ωF) bzw. abhängig von den ermittelten Fehlerpositionen sF und zugehörigen Amplituden A(sF).In a further step, the at least one transformed residual R i, Freq (ω) is classified into a class K Freq * of several predetermined classes K Freq . Alternatively or additionally, the at least one transformed residual R i, path (s) is classified into a class K path * of a plurality of predetermined classes K path . The classification is carried out in each case on the basis of given for the given classes K Freq and K way parameters. Advantageously, a number T temperature-dependent classes, a number L load-dependent classes, and a number S speed-dependent classes are given. The classification of the residuals R i, Freq (ω) and R i, path (s) is therefore advantageously based on the respectively applicable for the time interval .DELTA.t characteristics (eg. Temperature, load and speed of the actuator, or its drive or output). The classification continues to be advantageous depending on the determined error frequencies ω F and associated amplitudes A (ω F ) or depending on the determined error positions s F and associated amplitudes A (s F ).
In einem weiteren Schritt erfolgt ein Vergleichen der Amplituden A(ωF) mit für die Klasse KFreq* vorgegebenen Norm-Amplituden ANorm,KFreq(ωF), und/oder ein Vergleichen der Amplituden A(sF) mit für die Klasse KWeg* vorgegebenen Norm-Amplituden ANorm,KWeg(sF), wobei, sofern die Amplituden A(ωF) des transformierten Residuums Ri,Freq(ω) eine von den Normalwerten Anorm,KFreq(ωF) der Klasse KFreq* abhängige Bedingung B1 nicht erfüllen, und/oder sofern die Amplituden A(sF) des transformierten Residuums Ri,Weg(s) eine von den Normalwerten ANorm,KWeq(sF) der Klasse KWeg* abhängige Bedingung B2 nicht erfüllen, eine Warnung erzeugt und ausgegeben wird.In a further step, the amplitudes A (ω F ) are compared with the standard amplitudes A Norm, KFreq (ω F ) specified for the class K Freq *, and / or a comparison of the amplitudes A (s F ) with for the class K path * given standard amplitudes A norm, KWeg (s F ), where, provided the amplitudes A (ω F ) of the transformed residual R i, Freq (ω) one of the normal values A norm, KFreq (ω F ) of the class K Freq * dependent condition B1, and / or if the amplitudes A (s F ) of the transformed residual R i, path (s) have a condition B2 dependent on the normal values A Norm, KWeq (s F ) of the class K path * do not meet, a warning is generated and issued.
Die Norm-Amplituden ANorm,KFreq(ω) und ANorm,KWeg*(s) geben vorteilhaft das Normalverhalten des Aktors, d. h. ohne jedweden Aktorfehler an und sind für jede der Klassen KFreq* bzw. KWeg* vorgegeben. Die Norm-Amplituden ANorm,KFreq(ω) und ANorm,KWeg*(s) für die verschiedenen Klassen KFreq und KWeg können vorteilhaft basierend auf Messungen an fehlerfreien Aktoren ermittelt werden. Die Warnung wird vorteilhaft nach deren Erzeugung drahtgebunden oder drahtlos an eine Ausgabeeinheit zur Ausgabe übermittelt.The standard amplitudes A norm, KFreq (ω) and A norm, KWeg * (s) advantageously indicate the normal behavior of the actuator, ie without any actuator error, and are predefined for each of the classes K Freq * or K path *. The standard amplitudes A norm, KFreq (ω) and A norm, KWeg * (s) for the different classes K Freq and K path can advantageously be determined based on measurements on faultless actuators. The warning is advantageously transmitted after its generation wired or wirelessly to an output unit for output.
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht eine robuste, detaillierte, und genaue Überwachung eines Aktors bereits hinsichtlich sich andeutender Fehler. Durch den Einsatz des Verfahrens ist es somit möglich, auf Basis der ausgegebenen Warnung sehr frühzeitig Vorkehrungen zu treffen oder Maßnahmen einzuleiten, die ein Fortschreiten eines Aktorfehlers bis hin zum Aktorausfall unterbinden. Die Warnung kann vorteilhaft eine geänderte Ansteuerung des Aktors bedingen. Beispielsweise kann die Ansteuerung nach einer Warnung manuell oder automatisch derart verändert werden, dass die vom Aktor abgebbare maximale Leistung reduziert wird, oder der Aktuator vollständig abgeschaltet wird. Sind derartige Aktoren in Luftfahrzeugen verbaut, wird vorzugsweise die erzeugte Warnung im Cockpit zumindest optisch ausgegeben und/oder an ein ECAM System (ECAM = Electronic Centralized Aircraft Monitor) des Luftfahrzeugs oder ein vergleichbares System weitergeleitet.The proposed method allows a robust, detailed, and accurate monitoring of an actuator already with regard to suggestive errors. By using the method, it is thus possible on the basis of the issued warning very early to take precautions or initiate measures that prevent the progression of an actuator error up to the actuator failure. The warning can advantageously cause a changed activation of the actuator. For example, the control can be changed manually or automatically after a warning in such a way that the maximum power that can be output by the actuator is reduced, or the actuator is completely switched off. If such actuators are installed in aircraft, the warning generated in the cockpit is preferably at least optically output and / or forwarded to an ECAM system (ECAM = Electronic Centralized Aircraft Monitor) of the aircraft or a comparable system.
Erfindungsgemäß kann für das Zeitintervall Δt alternativ oder zusätzlich zumindest eines folgender Residuen Ri(t') ermittelt werden:
Dabei ist ENV(...) die Einhüllende oder Enveloppe der jeweiligen in Klammern angegebenen zeitabhängigen Größe. Vorteilhaft wird die Einhüllende ENV() durch Annäherung einer Hilbert-Transformation mittels eines Filters mit endlicher Impulsantwort, ein sogenanntes FIR-Filter erzeugt.Where ENV (...) is the envelope or envelope of the respective time-dependent quantity given in brackets. Advantageously, the envelope ENV () is generated by approximating a Hilbert transform by means of a finite impulse response filter, a so-called FIR filter.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computer-Programm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens, wie vorstehend beschrieben, wenn der Programmcode auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird.Another aspect of the invention relates to a computer program product having program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method as described above when the program code is executed on a data processing device.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computersystem mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung derart ausgestaltet ist, dass ein Verfahren, wie vorstehend beschrieben, auf der Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird.Another aspect of the invention relates to a computer system having a data processing device, wherein the data processing device is configured such that a method as described above is performed on the data processing device.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein digitales Speichermedium mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen, wobei die Steuersignale so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass ein Verfahren, wie vorstehend beschrieben, ausgeführt wird.Another aspect relates to a digital storage medium having electronically readable control signals, wherein the control signals may interact with a programmable computer system to perform a method as described above.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Erfindung eines Computer-Programms mit Programmcodes zur Durchführung des Verfahrens, wie vorstehend beschrieben, wenn das Programm auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung abläuft. Dazu kann die Datenverarbeitungsvorrichtung als ein beliebiges aus dem Stand der Technik bekanntes Computersystem ausgestaltet sein.Another aspect of the invention relates to the invention of a computer program with program codes for carrying out the method, as described above, when the program runs on a data processing device. For this, the data processing device can be configured as any known from the prior art computer system.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung eines elektromechanischen Aktors, der einen Antrieb und einen Abtrieb umfasst.Another aspect of the invention relates to a device for monitoring an electromechanical actuator comprising a drive and an output.
Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst ein erstes Mittel zum Erfassen einer Zeitreihe eines Zustands Z(t) des Aktors, umfassend folgende Zustandskomponenten:
- – Position PAn(t) des Antriebs und Position PAb(t) des Abtriebs,
- – optional zumindest eine daraus ermittelte zugehörige erste Zeitableitung ṖAn(t) oder ṖAb(t), und
- – optional die zwei daraus ermittelten zugehörigen zweiten Zeitableitungen
P ..An(t) P ..Ab(t)
- Position P An (t) of the drive and position P Ab (t) of the output,
- Optionally, at least one associated first time derivative daraus An (t) or Ṗ Ab (t), and
- Optionally, the two associated second time derivatives derived therefrom
P .. An (t) P .. Ab (t)
Das erste Mittel umfasst hierzu vorteilhaft ein geeignetes Sensorsystem zur Erfassung zumindest der Positionen PAn(t) und PAb(t), eine Auswerteeinheit zur Auswertung von Sensorrohdaten des Sensorsystems und eine Speichereinheit zur Speicherung der Zeitreihe der erfassten Zustände Z(t) des Aktors, mit t := Zeit. Vorteilhaft umfassen die Zustandskomponenten folgende Daten: Temperatur des Aktors TAkt(t), Temperatur des Antriebs TAnt(t), Last der Abtriebs LAb(t); Last des Antriebs LAn(t), el. Spannung des Antriebs U(t), el. Strom des Antriebs I(t), die ebenfalls durch ein Sensorsystem mit geeigneten Sensoren erfasst werden.The first means advantageously comprises a suitable sensor system for detecting at least the positions P An (t) and P Ab (t), an evaluation unit for evaluating sensor raw data of the sensor system and a memory unit for storing the time series of the detected states Z (t) of the actuator , with t: = time. Advantageously, the state components comprise the following data: temperature of the actuator T act (t), temperature of the drive T Ant (t), load of the output L Ab (t); Load of the drive L An (t), el. Voltage of the drive U (t), el. Current of the drive I (t), which are also detected by a sensor system with suitable sensors.
Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst weiterhin eine Schnittstelle zum Bereitstellen eines Zustandsschätzers ZS zur Ermittlung eines geschätzten Zustandes ZG(t) des Aktors. Die Schnittstelle ist vorteilhaft ein Dateninterface zur Übertragung des Zustandsschätzers ZS als Softwareprogramm an eine Prozessoreinheit der Vorrichtung zur Ausführung des Softwareprogramms.The proposed device further comprises an interface for providing a state estimator ZS for determining an estimated state ZG (t) of the actuator. The interface is advantageously a data interface for transmitting the state estimator ZS as a software program to a processor unit of the device for executing the software program.
Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst weiterhin ein zweites Mittel zum Ermitteln einer Zeitreihe eines geschätzten Zustands ZG(t) des Aktors, umfassend folgende geschätzte Zustandskomponenten:
- – Position PGAn(t) des Antriebs und Position PGAb(t) des Abtriebs,
- – zumindest eine der zugehörigen ersten Zeitableitungen: ṖGAn(t) oder ṖGAb(t), und
- – optional die zwei zugehörigen zweiten Zeitableitungen
P ..GAn(t) P ..GAb(t)
- Position PG An (t) of the drive and position PG Ab (t) of the output,
- At least one of the associated first time derivatives: AnG An (t) or ṖG Ab (t), and
- Optionally, the two associated second time derivatives
P ..G An (t) P .. G Ab (t)
Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst weiterhin ein drittes Mittel zum Ermitteln eines Zeitintervalls Δt = [ta, te] in dem gilt: ṖAn(t) ≠ 0 und/oder ṖAb(t) ≠ 0 und/oder ṖGAn(t) ≠ 0 und/oder ṖGAb(t) ≠ 0.The proposed device further comprises a third means for determining a time interval Δt = [t a , t e ] in which: Ṗ An (t) ≠ 0 and / or Ṗ Ab (t) ≠ 0 and / or ṖG An (t) ≠ 0 and / or ṖG Ab (t) ≠ 0.
Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst weiterhin ein viertes Mittel zum Ermitteln für das Zeitintervall Δt zumindest eines folgender Residuen Ri(t'):
t' ∊ [ta, te],
ÜV = Übersetzungsverhältnis zwischen Antrieb (2) und Abtrieb (3),
ENV() = Einhüllende oder Enveloppe von (...),The proposed device further comprises a fourth means for determining for the time interval Δt at least one of the following residuals R i (t '):
t 'ε [t a , t e ],
ÜV = gear ratio between drive (2) and output (3),
ENV () = envelope or envelope of (...),
Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst weiterhin ein fünftes Mittel zum Transformieren des zumindest einen Residuums Ri(t') in einen Frequenzbereich für das Zeitintervall Δt zur Erzeugung eines transformierten Residuums Ri,Freq(ω) und/oder zum Transformieren des zumindest einen Residuums Ri(t') in einen Wegbereich zur Erzeugung eines transformierten Residuums Ri,Weg(s).The proposed device further comprises a fifth means for transforming the at least one residual R i (t ') into a frequency range for the time interval Δt for generating a transformed residual R i, Freq (ω) and / or for transforming the at least one residual R i (t ') into a path region for generating a transformed residual R i, path (s).
Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst weiterhin ein sechstes Mittel zum Ermitteln von Fehlerfrequenzen ωF des transformierten Residuums Ri,Freq(ω) und zugehöriger Amplituden A(ωF) oder zum Ermitteln von Fehlerpositionen sF des transformierten Residuums Ri,Weg(s) und zugehöriger Amplituden A(sF).The proposed device further comprises a sixth means for determining error frequencies ω F of the transformed residual R i, Freq (ω) and associated amplitudes A (ω F ) or for determining error positions s F of the transformed residual R i, path (s) and associated amplitudes A (s F ).
Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst weiterhin ein siebtes Mittel zum Klassieren des zumindest einen transformierten Residuums Ri,Freq(w) in eine Klasse KFreq* von mehreren vorgegebenen Klassen KFreq, und/oder zum Klassieren des zumindest einen transformierten Residuums Ri,Weg(s) in eine Klasse KWeg* von mehreren vorgegebenen Klassen KWeg.The proposed device further comprises a seventh means for classifying the at least one transformed residual R i, Freq (w) into a class K Freq * of several predetermined classes K Freq , and / or for classifying the at least one transformed residual R i, Path ( s) in a class K way * of several predetermined classes K way .
Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst weiterhin ein achtes Mittel zum Vergleichen der Amplituden A(ωF) mit für die Klasse KFreq* vorgegebenen Norm-Amplituden ANorm,KFreq(ωF), und/oder zum Vergleichen der Amplituden A(sF) mit für die Klasse KWeg* vorgegebenen Norm-Amplituden ANorm,KWeg(sF), wobei das achte Mittel derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass sofern die Amplituden A(ωF) des transformierten Residuums Ri,Freq(ω) eine von den Normalwerten Anorm,KFreq(ωF) der Klasse KFreq* abhängige Bedingung B1 nicht erfüllen, und/oder sofern die Amplituden A(sF) des transformierten Residuums Ri,Weg(s) eine von den Normalwerten ANorm,KWeq(sF) der Klasse KWeq* abhängige Bedingung B2 nicht erfüllen, eine Warnung erzeugt und ausgegeben wird. Hierzu umfasst das achte Mittel vorteilhaft ein Ausgabemittel zur Ausgabe der Warnung in optischer, akustischer, haptischer oder elektrischer Form.The proposed device furthermore comprises an eighth means for comparing the amplitudes A (ω F ) with standard amplitudes A Norm, KFreq (ω F ) specified for the class K Freq * and / or for comparing the amplitudes A (s F ) for the class K path * predetermined standard amplitudes A Norm, KWeg (s F ), wherein the eighth means is designed and arranged such that the amplitudes A (ω F ) of the transformed residual R i, Freq (ω) one of do not satisfy the normal values A norm, KFreq (ω F ) of the class K Freq * dependent condition B1, and / or if the amplitudes A (s F ) of the transformed residual R i, path (s) are one of the normal values A Norm, KWeq (s F ) of the class K Weq * dependent condition B2 do not meet, a warning is generated and issued. For this purpose, the eighth means advantageously comprises an output means for outputting the warning in optical, acoustic, haptic or electrical form.
Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen der vorgeschlagenen Vorrichtung ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der zu dem vorgeschlagenen Verfahren gemachten Ausführungen.Advantages and preferred developments of the proposed device are obtained by an analogous and analogous transmission of the statements made to the proposed method.
Schließlich betrifft ein letzer Aspekt der Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, ein Luftfahrzeug, ein Raumfahrzeug oder ein Wasserfahrzeug mit einer vorstehend beschriebenen Vorrichtung.Finally, a last aspect of the invention relates to a vehicle, in particular a motor vehicle, an aircraft, a spacecraft or a watercraft with a device described above.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further advantages, features and details will become apparent from the following description in which - where appropriate, with reference to the drawings - at least one embodiment is described in detail. The same, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference numerals.
Es zeigen:Show it:
In einem Schritt
- – Position PAn(t) des Antriebs
2 und Position PAb(t) desAbtriebs 3 , - – daraus ermittelte zugehörige erste Zeitableitungen ṖAn(t) und ṖAb(t),
- – daraus ermittelte zugehörige zweite Zeitableitungen
P ..An(t) P ..Ab(t) - – Temperatur des Aktors,
- – Strom des Elektromotors
2 IAnt(t), und - – Abtriebslast LAb(t)
4 des Aktors.
- - Position P An (t) of the
drive 2 and position P Ab (t) of theoutput 3 . - - associated first time derivatives daraus An (t) and Ṗ Ab (t) determined therefrom,
- - derived second time derivatives derived therefrom
P .. An (t) P .. Ab (t) - Temperature of the actuator,
- - Electric motor current
2 I Ant (t), and - - output load L Ab (t)
4 of the actor.
Die Position PAn(t) des Antriebs
In einem Schritt
In einem Schritt
- – Position PGAn(t) des Antriebs und Position PGAb(t) des Abtriebs,
- – die zugehörigen ersten Zeitableitungen: ṖGAn(t) und ṖGAb(t), und
- – die zugehörigen zweiten Zeitableitungen
P ..GAn(t) P ..GAb(t)
- Position PG An (t) of the drive and position PG Ab (t) of the output,
- - the associated first time derivatives: AnG An (t) and ṖG Ab (t), and
- - the associated second time derivatives
P ..G An (t) P .. G Ab (t)
In einem Schritt
In einem Schritt
In einem Schritt
In einem Schritt
In einem Schritt
In einem weiteren Schritt
Zusätzlich oder alternativ dazu können nach Schritt
Das Verfahren umfasst zusammenfassend folgende Schritte: Erfassen
- – Position PAn(t) des Antriebs
2 und Position PAb(t) desAbtriebs 3 , - – die zugehörigen ersten Zeitableitungen ṖAn(t) und ṖAb(t).
- - Position P An (t) of the
drive 2 and position P Ab (t) of theoutput 3 . - - The associated first time derivatives Ṗ An (t) and Ṗ Ab (t).
Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Schnittstelle
- – Position PGAn(t) des Antriebs
2 und Position PGAb(t) desAbtriebs 3 , - – die zugehörigen ersten Zeitableitungen: ṖGAn(t) und ṖGAb(t)
- - Position PG An (t) of the
drive 2 and position PG Ab (t) of theoutput 3 . - - the associated first time derivatives: ṖG An (t) and ṖG Ab (t)
Die Vorrichtung umfasst weiterhin ein drittes Mittel
Die Vorrichtung umfasst weiterhin ein viertes Mittel
Die Vorrichtung umfasst weiterhin ein fünftes Mittel
Die Vorrichtung umfasst weiterhin ein sechstes Mittel
Die Vorrichtung umfasst weiterhin ein siebtes Mittel
Die Vorrichtung umfasst weiterhin ein achtes Mittel
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.Although the invention has been further illustrated and explained in detail by way of preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. It is therefore clear that a multitude of possible variations exists. It is also to be understood that exemplified embodiments are really only examples that are not to be construed in any way as limiting the scope, applicability, or configuration of the invention. Rather, the foregoing description and description of the figures enable one skilled in the art to practice the exemplary embodiments, and those of skill in the knowledge of the disclosed inventive concept may make various changes, for example as to the function or arrangement of individual elements recited in an exemplary embodiment, without Protection area defined by the claims and their legal equivalents, such as further explanations in the description.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- elektromechanischer Aktorelectromechanical actuator
- 22
- Antrieb, ElektromotorDrive, electric motor
- 33
- Abtrieb, KolbenDownforce, piston
- 44
- Lastload
- 55
- Kolbenposition Position AbtriebPiston position, position output
- 101–110a, b101-110a, b
- Verfahrensschrittesteps
- 201201
- erstes Mittelfirst means
- 202202
- Schnittstelleinterface
- 203203
- zweites Mittelsecond means
- 204204
- drittes Mittelthird means
- 205205
- viertes Mittelfourth means
- 206206
- fünftes Mittelfifth remedy
- 207207
- sechstes Mittelsixth means
- 208208
- siebtes Mittelseventh means
- 209209
- achtes MittelEighth remedy
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015110867.4A DE102015110867B3 (en) | 2015-07-06 | 2015-07-06 | Condition monitoring of an electromechanical actuator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015110867.4A DE102015110867B3 (en) | 2015-07-06 | 2015-07-06 | Condition monitoring of an electromechanical actuator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102015110867B3 true DE102015110867B3 (en) | 2016-12-08 |
Family
ID=57352744
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE102015110867.4A Active DE102015110867B3 (en) | 2015-07-06 | 2015-07-06 | Condition monitoring of an electromechanical actuator |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE102015110867B3 (en) |
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- 2015-07-06 DE DE102015110867.4A patent/DE102015110867B3/en active Active
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |