集散控制系统性能评估

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1、3.1可靠性1、可靠性机器、零件或系统在规定的工作条件下，在规定的时间内具有正常工作性能的能力。广义可靠性和狭义可靠性：狭义可靠性:一次性使用的机器、零件或系统的使用寿命。广义可靠性：可修复的机器、零件或系统，在使用中不发生故障，一旦发生故障又易修复，使之具有经常使用的性能。（包含可维修性）北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿我国的可靠性发展我国的可靠性工作起步较晚，20世纪70年代才开始在电子工业和航空工业中初步形成可靠性研究体系，并将其应用于军工产品。其他行业可靠性工作起步更晚，差距更大，与先进国家差距20～30年，虽然国家已制订可靠性标准，

2、但尚未引起所有企业的足够重视。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿可靠性的重要性美国的宇宙飞船阿波罗工程有700万只元器件和零件，参加人数达42万人，参予制造的厂家达1万5千多家，生产周期达数年之久。象这样庞大的复杂系统，一旦某一个元件或某一个部件出现故障，就会造成整个工程失败，造成巨大损失。所以可靠性问题特别突出，不专门进行可靠性研究是难于保证系统可靠性的。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿可靠性的重要性产品的可靠性很重要，它不仅影响生产公司的前途，而且影响到使用者的安全（前苏联的“联盟11号”宇宙飞船返回时，因压力阀门提前打开而造成三名宇

3、航员全部死亡）。可靠性好的产品，不但可以减少公司的维修费用，而且可以很快就打出品牌，大幅度提升公司形象，增加公司收入。可靠性的指标（1）可靠度（2）平均无故障时间MTBF（MeanTimeBetweenFailure）（3）到发生故障的平均时间MTTF（MeanTimeToFailure）（4）（瞬时）故障率FR（FailureRate）北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿1）可靠度函数——可靠度是指产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的概率。它是时间的函数，以R(t)表示。若用T表示在规定条件下的寿命（产品首次发生失效的时间），则“产品

4、在时间t内完成规定功能”等价于“产品寿命T大于t”。所以可靠度函数R(t)可以看作事件“T>t”概率，即R(t)=P(X>t)性质：1)R(0)=12)3)4)R(t)是时间t的单调递减函数如果从统计学的角度来看，可靠度是一个定量的指标，可以通过抽样统计来确定设有N0个同样的产品，在同样的条件下同时开始工作，经过t时间以后有Nf(t)个产品发生故障，那么该产品的可靠度为mtbf=∫R(t)dt=∫edt=北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿2)平均无故障工作时间MTBFMTBF（MeanTimeBetweenFail）是指相邻两次故障之间的平均工

5、作时间，也称为平均故障间隔。它仅适用于可维修产品。同时也规定产品在总的使用阶段累计工作时间与故障次数的比值为MTBF。λt1λ∞0∞0北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿3)到发生故障的平均时间MTTF指不能修理的设备或系统，到发生故障为止的工作时间的平均值，即不可修理产品的平均寿命。如果某产品的可靠度为R(t),该产品的平均寿命m可用可靠度的数学期望来表达:北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿4)故障率故障率λ(t)是衡量可靠性的一个重要指标，其含义是产品工作到t时刻后的单位时间内发生故障的概率，即产品工作到t时刻后，在单位时间内发生故障的产

6、品数与在时刻t时仍在正常工作的产品数之比。λ(t)可由下式表示。失效率浴盆曲线北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿1）串联系统可靠性组成系统的所有单元中任一单元的故障就会导致整个系统故障的系统称串联系统。它属于非贮备可靠性模型，其逻辑框图如图所示123n……北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿c1c2c3逻辑框图例如，为了获得足够的电容量，常将三个电器并联。假定选定失效模式是电容短路，则其中任何一个电容器短路都可使系统失败。因此，该系统的原理图是并联，而逻辑图应是串联的。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿c1c2c3逻辑框图例如，为了获得足

7、够的电容量，常将三个电器并联。假定选定失效模式是电容短路，则其中任何一个电容器短路都可使系统失败。因此，该系统的原理图是并联，而逻辑图应是串联的。c1c2c3可靠性框图北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿式中nRs(t)=∏Ri(t)i=1Rs(t)——系统的可靠度；Ri(t)——第i个单元的可靠度。串联系统可靠性根据串联系统的定义及逻辑框图，其数学模型为：−∑λitRs(t)=∏e−λst=eλs=∑λi=e−λt北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿式中−λitRi(t)=esni=1ni=1ni=1串联系统可靠性若各单元的寿命分布均为指数分

8、布，即λs——系统的故障率；λi——各单元的故障率。串联的单元越多，系统可靠度越低。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿