微型计算机控制技术8.ppt

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1、第八章计算机控制系统的可靠性保证第一节控制系统可靠性的基本概念第二节　提高硬件可靠性的措施第三节提高软件可靠性的措施第五节控制系统的故障诊断第四节电磁干扰的屏蔽与滤除第一节控制系统可靠性的基本概念计算机控制系统的可靠性可定义为，在规定的工作条件下和规定的时间内，该系统正确完成规定功能的能力。一、可靠性的基本概念1．固有可靠性计算机控制系统在制造过程中需要进行材料和元器件的选择、设计、制造、组装，环境试验等。由这一过程所决定的可靠性是系统的内在可靠性，称为系统的固有可靠性。2．工作可靠性这是指系统在实际运行和执行任务时的可靠性。3．可靠度控制系统可靠度定义为系统在规定的条

2、件和规定的时间内，完成规定功能的概率。4．失效率失效率是系统运行到t时刻时，单位时间内发生故障的系统数与时刻t时完好的系统数之比。5．平均寿命按照可靠度的定义，如果一种产品在时刻t内正常工作的概率为R(t)，则按统计学原理，该产品寿命的数学期望值亦即平均寿命m可表示为6．平均修复时间和利用率平均修复时间(MeanTimeToRepair)，简称为MTTR也是一个统计值,可用下式表示:利用率是可修复产品的另一项可靠性指标，由下式定义:二、系统可靠性分析1．系统可靠性的逻辑框图基本的可靠性逻辑框图有串联系统和并联系统两种形式。式中,N为维修次数，为第i次维修所用的时间。串联

3、系统其逻辑框图如图所示。并联系统其逻辑框图如图所示2．串联系统的可靠性分析在控制系统的每块模板上，不论元件的物理连接如何，通常仟何一个元件失效都可能会导致整个模板失效，因此，从可靠性的角度看，一块模板是由板上所有器件和安装点组成的串联系统。3．并联系统的可靠性分析对于可靠性并联系统，只有当所有并联的单元都失效时，系统才失效，于是系统的不可靠度为其中为第i个单元的失效概率(不可靠度)。从而系统可靠度下面先考虑两个单元并联的情况，设其分别为和,则并联系统的可靠度为系统的MTBF为若则上式简化为同样可以得出3个单元并联时的MTBF为当时有三、系统故障的来源1．内部因素产生故障

4、的原因来自计算机控制系统本身。2．环境因素另外，运行操作人员的误操作，也可能造成系统故障。系统的工作环境,四、提高系统可靠性的途径提高计算机控制系统的可靠性，主要有以下几条途径：1．改进元、部件的可靠性2．降低使用应力水准3．简化系统结构4．采用冗余设计5．是高维护技术第二节提高硬件可靠性的措施一、正确选用元器件4．元件的降级使用二、冗余设计针对独立故障和相依故障，冗余设计可分别采用热备份和冷备份二种形式。1．元件的老化应注意以下问题：2．元件的选用3．元件的电气性能(1)电阻(2)电容器(3)集成电路(一)热备份热备份系统又有如下一些形式：1．并联备份系统若每个备份的

5、可靠度为　　，则整个并联备份系统的可靠度为2．并－串联备份系统系统的可靠度3．串一并联备份系统系统的可靠度为若可靠度为指数规律，则上式变为(二)冷备份冷备份系统的工作特点是在所有备份的元部件或分系统中，只有一个在工作，其余均处于待命的状态。冷备份系统的主要优点是隔离了各个分系统之间相依故障的相互影响，这等效于把每个分系统中的相依故障转换为独立故障，从而有效地提高了相依故障备份冗余系统的可靠性。另外，由于每个备用的分系统都处于待命状态，所以能够降低设备的耗损，进一步提高系统的可靠性。(三)应用举例要实现双机热备份工作，除要作好硬件、软件的设计工作外，主要需要解决好如下3个

6、问题。1．同步问题2．故障检测3．无扰动切换第三节提高软件可靠性的措施一、软件故障的特点由于软件在运行时不存在老化问题，所以其失效率曲线不像浴盆曲线那样有耗损失效期。因此，要保证软件具有高可靠性，主要是设法保证软件在投入现场使用前，已进入成熟阶段。二、软件可靠性模型一种常用的模型是基于故障率的软件可靠性模型，称为穆莎(MUSA)模型。这种模型的简化形式为三、提高软件可靠性的措施常用的规则(一)分析掌握软件设计要求。(二)选择合适的程序设计语言及其开发软件。(三)采用正确的编程方法。正确的编程方法可概括成如下几点：1)控制系统软件应严格采用模块化结构，模块间接口定义要清晰

7、明确，模块划分简洁合理。2)程序设计人员应具有细致、严谨的工作作风，细心地编写程序。任何一种软件产品的开发设计都需使用各种工具软件，在选用时应慎重，尽量使用经过多次运用，证明效果良好的工具软件。3)程序应有详尽的注释，以保证良好的可读性，易于分析和修改。4)对程序的调试情况应有完整的记录，以便从中发现潜在的问题。5)程序应具有良好的抗干扰能力，保证外界侵入的非法信息不会干抚系统的正常运行。(四)仔细检查，测试，试运行(五)正确选用软件的存储介质程序编好后，要对所编程序进行查错，测试和校验检查。在工业现场，环境恶劣，干扰严重，为防止干扰破坏