计算机控制技术 教学课件 作者 夏扬 主编 第7章.ppt

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1、第七章计算机控制系统的可靠性第一节计算机控制系统可靠性概述第三节软件可靠性技术第二节硬件系统可靠性技术第一节计算机控制系统可靠性概述计算机控制系统的可靠性是指在规定条件下，在规定的时问内完成规定功能的能力，它和技术性能指标同是控制系统的两个重要方面。一、可靠性的基本概念(3)平均故障间隔时间MTBF(MeanTimeBetweenFailure)表示系统发生多次故障情况下的平均连续工作时间。(2)维护率表示单位维护时间内修复的次数。(1)故障率(失效率)表示单位工作时间内发生故障的次数。(4)平均修复时间MTTR(MeanTimeToRepair

2、)表示系统进行多次维护后平均维护所用的时间，该值越小表示越容易修复。(5)可靠度R定义为在规定时间内、规定条件下完成规定功能的成功率，它是个统计量。设有N个相同的控制系统，在同样的条件下开始工作，到达规定的时间后，有s个未发生故障，则可靠度记为R(6)可利用率(有效度)控制系统的可靠性再高，迟早也会出现故障。如果发生了故障，需要很长的时间才能修复，也是对生产过程极为不利的。所以除了对系统的可靠性有一定要求外，还应对系统故障的平均修复时间有所要求。常把MTBF与MTTR综合起来得到一个指标：可利用率A(AvailabilityRatio)，它们的关

3、系如下：理论上，若MTTR=0，则A=100％，但实际上是不可能做到的。对于一般生产过程控制系统，若要求可利用率达到99.95％，并把一年8760小时看成一个运行和维修周期的话，则允许有4.38h的维修时间。二、可靠性设计原则(1)简化系统方案(2)避免片面追求高性能指标和过多的系统功能(3)合理划分软硬件的功能(4)防热设计1)对功率器件要根据其对散热面积的要求使用散热片。2)合理安排机箱、机柜、电路板上元器件的布局，功率发热器件应尽量安装于上部，并且应尽量远离其他部件。3)在保证防尘要求的条件下开设通风孔及设置大功率器件的散热风扇。4)选择低

4、功耗器件。(5)电气互连的可靠性设计电气互连主要指元器件的引脚焊点、模块间的接插件、总线插件等，它是电子电路中故障率较高的部分，需要高度重视。合理地设计系统模块、采用先进可靠的连接技术和选用质量可靠的连接器件是电气互连可靠性设计的要求。(6)机械防震设计震动会对系统的元器件及整机结构造成机械性损坏，因此必须注意机械防震设计，重点是系统接插件和质量较大的器件的固定。(7)气候环境防护设计系统设计时，需根据系统的工作环境进行环境防护设计。一般需要考虑的环境因素是温度、湿度、气压、雨、雪、盐雾、腐蚀性气体、沙尘及辐射等，要尽量防止这些因素使系统失效或加

5、速系统失效。第二节硬件系统可靠性技术一、筛选元器件1．元器件的故障规律(1)初始失效期(2)偶然失效期(3)损耗失效期2．正确使用元器件(1)元器件的老化(2)留有裕量二、冗余技术冗余有两种方式：工作冗余和后备冗余。1．并联系统2．备用系统3．表决系统三、抗干扰技术(二)过程通道抗干扰技术1．串模干扰及其抑制方法1)如果串模干扰频率比被测信号频率高，则采用输入低通滤波器来抑制高频率串模干扰；如果串模干扰频率比被测信号频率低，则采用高通滤波器来抑制低频串模干扰；如果串模干扰频率落在被测信号频谱的两侧，则应用带通滤波器。(一)CPU抗干扰技术1．自动

6、复位2．掉电保护3．睡眠抗干扰4．软件陷阱2)当串模干扰源为尖峰形时，采用积分型A／D转换器较好。3)当串模干扰主要为电磁感应时，对被测信号应尽可能早地进行前置放大，从而达到提高回路中的信号噪声比的目的，或者尽可能早地完成A／D转换或采取隔离和屏蔽等措施。2．共模干扰及其抑制方法(2)光电隔离(1)变压器隔离(3)浮地屏蔽(4)采用仪表放大器提高共模抑制比(三)电源抗干扰技术1)供电电源不直接接入控制系统，而在它们之间加入一台交流稳压电源装置。该装置有自动调整稳定交流供电电压的作用，使控制系统供电电压的波动减小到最低限度。2)交流稳压电源装置只能

7、对在一定范围内波动的电压有调整的作用，如果电源突然断电，它便无力再维持正常的供电了。1．用压敏电阻器吸收电网过电压2．交流电源滤波3．电源变压器屏蔽4．整流后的干扰抑制(四)接地技术1．接地方式2．浮地系统和接地系统3．交流地与直流地4．模拟地与数字地5．印制电路板的地线安排6．屏蔽地第三节软件可靠性技术一、软件的失效率二、软件工程开发方法必须反复推敲，以产生比较严格、清晰的软件技术要求文件。这些措施是保证软件可靠性的基础。编程阶段应保证程序的可读性和可测试性，程序要符合规定的接口要求。软件工程学中提出的很多方法虽然是针对大型软件设计的，但其中的

8、思想和一些技术仍可为小型软件设计者采用，特别是软件的结构化设计方法、文档要求以及程序编写方法等。三、故障自诊断技术(1)检查CPU的运算