E-ATR-7/060/I||ATOS比例放大板,阿托斯数字放大器可靠性技术是近代科学技术提出的新课题。在可靠性成为机电设备新 的质量指标之前,传统的科学技术能够基本满足机电产品可靠地工作,只是由于可靠性还没有成为当时科学技术的一个突出问题,对其尚未给予足够的重视。
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随着微 处理机日益广泛地应用于工业控制领域,对微机控制系统的可靠性提出了更高的要求[1]。微机控制系统的功能设计是建立在可靠性设计基础上之,如果没有可靠 性设计或者不认真对待这项工作,那么功能再多再强的控制系统也必然会在应用中遭到失败。我国工业环境更为严酷的具体条件也要求必须将可靠性设计放在首位。 七十年代中期,以微处理机为核心的集散型综合控制系统TDCS(Total Distributed Control System)在美国和日本相继诞生[2]。由于TDCS以高可靠性为根本目标,因此在诞生不久便确立了其在过程控制中的主流地位。深入地分析TDCS的 可靠性技术对控制工程的理论与实践都具有重大意义。本文就是在简要论述TDCS可靠性技术理论基础上,研究分析智能电液比例控制放大器所采取的可靠性设 计。
E-ATR-7/060/I||ATOS比例放大板,阿托斯数字放大器由单片机组成的智能比例控制放大器是一种用来对比例电磁铁提供特定性能电流,并对电液比例阀或系统进行开环或闭环调节的电子装置。它是电 液比例控制元件和系统的重要组成单元。电液比例技术之所以广泛应用于各种不同要求的传动与控制系统,放大器的灵活性及可靠性起着至关重要的作用。
2 TDCS可靠性分析的理论方法
分析TDCS可靠性时,不仅要考虑故障λ及其分布形式,考虑子系统结构,而且要考虑系统的可维修度,考虑维修度μ及其分布。可靠性理论指出[1][2][3]:
(1)TDCS故障发生的概率服从泊松分布。设单位时间内发生的平均故障数为λ,则在t时间内发生k次故障的概率为
而且,若故障发生概率服从平均值为λ的泊松分布,则它发生间隔的分布服从平均值为1/λ的指数分布,即exp(-λt) 。1/λ是故障发生时间间隔的平均值,记作m,称为平均故障间隔时间MTBF。
(2)系统在规定的工作条件下和预定的时间内持续完成规定功能的概率为系统可靠度,记作R(t)。所谓完成规定功能是指不发生故障,因此式(1)中k=0时,按可靠度定义有:
R(t)=P(0,t)=e-λt(2)
式(2)即为TDCS可靠度的基本公式,应当说明的是TDCS是一个由许多子系统构成的复杂系统,是一个分层的工业计算机控制系统,它的可靠度实质上是各子系统可靠的综合。
(3)象TDCS这样的计算机控制系统在发生故障后是可以修复的。对故障的修复通常以修复时间来衡量,在理论上用可维修度,定义为在一定时间内系统修理 完毕恢复正常的概率。TDCS的修复时间服从指数分布,其平均值设为h,则系统发生故障后经过时间t仍未修复的概率等于exp(-t/h),而在t时间内 修复的概率为:
M(t)=1-e-t/h(3)
称h为平均修复时间MTTR,其倒数μ=1/h称为修理率,即单位时间里修复故障数。
TDCS的可靠度和可维修度或者说相应的MTBF或MTTR是描述TDCS可靠性的重要指标。
(4)TDCS在使用过程中无非是两种状态,一种是系统工作,一种是系统停运。前者表示系统正常,后者表示全系统因发生故障而完不成规定功能。显然,系 统的使用率为正常运行时间与总和时间之比。这种TDCS的使用率称为系统的有效度或广义可靠度。对于具有稳定态的TDCS,有效度与时间坐标无关,即有效 度不随时间t而变化,称为稳态有效度或稳定可用度,记为A(∞)或A。不难得出
式(4)是分析TDCS可靠性的Z重要公式。
由于故障的复杂性,修复时间也很复杂,TDCS的正常与故障状态的转换也较复杂,是一个随机过程。TDCS的可靠度和维修率都遵从指数分布,因而它可以 用马尔柯夫(Marker)过程来描述。虽然TDCS的故障或正常两种状态的出现是随机的,但系统以后出现的状态仅与现在的状态有关而与以前的状态无关。 这种仅与现态有关而与初态无关的过程称为无后效性,被定义为马尔柯夫过程。马尔柯夫过程中,系统由一种状态转换到另一种状态可用状态转换概率方法来研究。 设一个TDCS系统正常状态为S,记为状态1:故障状态为F,记为状态2。则系统以λ的概率由S转为F,以1-λ的概率保持正常状态。故障状态的系统则以 μ的修复率由F转为S,以1-μ的概率仍处于F状态。