一种水下航行器通路故障定位电阻计算方法与流程

本发明涉及水下航行器领域，尤其是一种故障定位计算方法。

背景技术：

在水下航行器的装配、调试过程中，经常会出现产品通路故障，而该问题小则导致水下航行器的多次盲目拆装、浪费宝贵的时间，大则导致试验任务的失败。针对该情况，在多型水下航行器的设计过程中，都有简单通路故障定位的设计，但某些型号未采取通路故障定位电阻的方法，存在只可确认整个产品中是否有异常，无法准确定位到故障具体位置的问题；某些型号采用通路故障定位电阻设计，但未提出完整的电阻计算方法，多采用尝试搭配的方法，浪费了宝贵的设计时间，且对后续项目设计无参考意义。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明针对某采用通路故障定位电阻的水下航行器设计了详细的通路故障定位电阻计算方法，本发明适用于所有使用通路故障定位电阻的水下航行器设计。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的具体步骤如下：

步骤1：分析系统组成，设计系统通路故障定位电阻拓扑；

在进行电阻拓扑设计时，假设水下航行器系统由n个舱段与n个安全插头组成，在舱段2到舱段n同前一个舱段连接处布置并联电阻R1～Rn-1，在每个舱段内，在安全插头对插端布置串联电阻，即系统通路故障电阻拓扑为多个电阻的串并联，得出通路故障电阻拓扑图，其中r1～rn为对应安全插头组的等效电阻，若一个舱段内有多个安全插头，rn可再分为rn1、rn2、…rnm，其中m指本舱段内安装插头的数量，若本舱段无安全插头，则等效电阻为0；

步骤2：根据系统电阻拓扑，得出实际计算模型，计算所有可能状态下等效电阻；

在各舱段内，各安装组件c1～cn以串联方式安装于电阻拓扑模型中，其等效阻值为0或者∞，即组件安装状态正常时，等效电阻为0，若组件安装状态不正常，等效电阻为∞；各安全插头d1～dn以并联方式安装于电阻拓扑模型中，即每个舱段内，安全插头的等效电阻与对插端安全插座中通路故障定位电阻并联，且等效电阻的阻值为0或者∞，即安全插头的等效电阻正常时，等效电阻为0，若安全插头的等效电阻不正常，等效电阻为∞，从而得出系统测试等效电阻公式如下：

R＝(((((cn+rn//dn)//Rn-1+cn-1+rn-1//dn-1)//Rn-2+cn-2+rn-2//dn-2)//Rn-2+…c3+r3//d3)//R2+c2+r2//d2)//R1+c1+r1//d1 (1)

式(1)中，R为最终等效电阻，R1～Rn-1和r1～rn表示系统通路故障定位电阻，c1～cn表示舱段内组件安装状态等效电阻，其值为0或者∞；d1～dn表示安全插头安装状态等效电阻，其值为0或者∞；“∥”表示电阻并联；

步骤3：先确定通路故障定位电阻封装形式，按标准电阻档位制定电阻档数组；再将电阻档数组依次代入公式(1)进行计算，比较同一电阻组合下的不同组件和安全插头安装组合状态的等效电阻，计算得出任意两种状态等效电阻之间的电阻差值的最小值，将最小值记为Cmin，再计算不同电阻组合下两种状态等效电阻之间的最小差值Cmin，其中不同电阻组合下最小差值Cmin最大时对应的电阻组合，即为最终得出的电阻值。

所述步骤2中，若舱段n内包含m个安全插头，则将rn细分为rn1、rn2…rnm，并将式(1)中rn更换为rn1+rn2+…+rnm进行计算。

本发明的有益效果在于能快速制定出能够满足使用需求的通路电阻阻值，在使用过程中，均可准确定位产品连通故障位置，为水下航行器异常状态排查定位及可靠试验提供了技术支撑，目前本发明已经在相关技术型号上使用。

附图说明

图1为通用系统的结构组成图。

图2为通用系统通路故障定位电阻示意图。

图3为通用系统的等效电阻测试示意图。

图4为本水下航行器的结构组成图。

图5为本水下航行器的通路故障定位电阻示意图。

图6为本水下航行器的等效电阻测试示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明结合某在研水下航行器进行了通路故障定位电阻计算，图1为通用系统的结构组成图。图2为通用系统通路故障定位电阻示意图。图3为通用系统的等效电阻测试示意图。

实施例的具体步骤如下：

步骤1：本实施例的结构组成如图4所示，共有2个安全插头，安全插头1和2在工作时为安装状态，测试时为非安装状态，根据图4所示的结构，连通故障定位电阻拓扑见图5，其中R1～R5电阻均在舱段端面连接器内，r1和r2在舱段安全插座内(安全插头对插端)，各组件的连通性电阻在各舱段内为串联状态，型号对外连通性电阻测试点在E、F点处，根据测试性要求，R1～R5电阻阻值不同。

步骤2：根据型号电阻拓扑计算型号等效电阻，结合图5中连通故障定位电阻拓扑，模拟产品内组件安装状态，得出型号测试拓扑如图6所示，计算得出E、F端的等效电阻R计算公式如下：

R＝((((R5∥c6+r2∥d2+c5)∥R4+r1∥d1+c4)∥R3+c3)∥R2+c2)∥R1+c1

式中：R1～R5和r1～r2为型号的通路故障定位电阻；c1～c6分别表示本型号的舱段1～舱段6产品安装状态等效电阻，其值为0或者∞；d1～d2分别表示本型号安全插头1和安全插头2安装状态等效电阻，其值为0或者∞；“∥”表示电阻并联。

在进行全部连通状态确认时，代入相应阻值c1～c6，d1～d2(0或∞)，计算型号全部状态公式如表1内容：

表1全部状态连通性电阻对应表

在以上公式中，任何状态可将异常定位至舱段，当其中任何两状态之间的差值大于两状态的允许误差之和，即可区分不同状态，从而实现状态定位，从而实现对舱段组件连通性状态进行定位。

步骤3：采用MATLAB完成通路电阻阻值计算，计算步骤如下：

步骤3.1：制定通路故障定位电阻档位。

本实施例在进行通路故障定位电阻设计时，将电阻固定在电缆内部。采用直插式电阻，根据E24电阻标准，初步决定本发明的故障定位电阻阻值从以下电阻档中选择，若得出的结果不能满足测试要求，再对电阻档位进行扩展。

R＝[1000；10000；11000；13000；1400；14000；1500；15000；1600；1800；2000；2300；2500；3300；3900；4200；4400；4700；5100；5600；6200；7300；7500；930；8200；9400]。

此处电阻为直插式电阻的E24标准中阻值，由于考虑计算时间，初始采用了部分常用的K级阻值，未完全覆盖全部电阻档位，若仍无法满足要求后，再对电阻档数组进行扩展，以上电阻单位均为Ω。

步骤3.2：计算得出任意两种状态等效电阻之间的电阻差值的最小值，将最小值记为Cmin，再计算不同电阻组合下两种状态等效电阻之间的最小差值Cmin，其中不同电阻组合下最小差值Cmin最大时对应的电阻组合，即为最终得出的电阻值。

本实施例设置变量R1～R5、r1、r2，依次将R数组的数值带入变量R1～R5、r1、r2中，其中R1～R5应不相同，按照表1中公式，计算同一组电阻组合下不同状态之间的最小差值的最大值。

得到最小差值Cmin最大时的电阻组合，即为本发明的通路故障定位电阻。

通过如上步骤，计算得出本实施例的任意两状态之间的Cmax为175.1317Ω，对应通路故障定位电阻为：R1＝14000Ω，R2＝15000Ω，R3＝13000Ω，R4＝11000Ω，R5＝1400Ω，r1＝r2＝2300Ω。

按以上电阻组合计算得出，当两状态电阻差最小为175.1317Ω时，两状态的等效电阻约为3kΩ，当通路故障定位电阻采用5‰档时，两状态之间的最大误差约为30Ω(3kΩ×5‰×2)，同计算的理论差值175.1317Ω相比较小，能够满足系统使用要求，未进行电阻档位扩展和重复计算。