智能化阀口独立电液控制系统安全性能评估

作     者：丁孺琦 熊文杰 程敏 徐兵 DING Ruqi;XIONG Wenjie;CHENG Min;XU Bing

作者机构：华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室南昌330013 重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室重庆400044 浙江大学流体动力基础件与机电系统全国重点实验室杭州310027 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2024年第60卷第4期

页      面：101-112页

核心收录：

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0804[工学-仪器科学与技术] 

基　　金：国家重点研发计划(2020YFB2009703) 国家自然科学基金(U21A20124) 江西省自然科学基金(20212ACB214004) 浙江省重点研发计划(2022C01039)资助项目 

主　　题：阀口独立控制 安全性能 ISO 13849 故障树分析 故障诊断与容错 

摘      要：阀口独立电液控制系统通过电子化反馈与复杂进出口独立控制策略提高系统智能化水平,但高安全风险也制约了其大规模市场化应用。为此,提出一种面向ISO 13849机器安全标准的阀口独立控制系统安全性能评估方法。针对阀口独立控制系统特有的多自由度控制、多变量反馈、多模式切换特点,结合故障树分析法和布尔代数运算建立系统四象限工况安全性模型,构建该模型至ISO13849中预定义安全结构类别的映射,推导系统安全性能等级PL值及其每小时发生引起危险的停机故障概率(PFHd)的量化方法。考虑常规控制、故障诊断与主动容错控制器三类控制方法,分析系统安全结构由类型1单通道至类型3双通道的变换。评估结果表明,系统PL仅为b级,难以满足移动机器d级要求;引入故障诊断后,PL仅提高至c级;增加故障主动容错后,不增加额外硬件冗余情况下PL可增加至d级甚至最高e级。研究工作为智能化电液系统控制、诊断、容错设计构建遵循机器功能安全的评估与指导。