淺談機(jī)電一體化控制系統(tǒng)可靠性的研究和分析

希志明

摘 要：機(jī)電一體化控制系統(tǒng)可靠性直接影響機(jī)電一體化產(chǎn)品的運(yùn)行和功能發(fā)揮，進(jìn)而影響人們的生產(chǎn)和生活。本文主要從機(jī)電一體化控制系統(tǒng)可靠性的基本內(nèi)容、影響因素、提升措施等方面進(jìn)行探討和闡述。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;控制系統(tǒng);可靠性

概述

機(jī)電一體化控制系統(tǒng)發(fā)展至今已經(jīng)成為了一種自動(dòng)化程度高、構(gòu)成要素復(fù)雜的有機(jī)系統(tǒng)。機(jī)電一體化設(shè)備廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和生活，一旦發(fā)生故障極有可能造成巨大的損失和影響。研究機(jī)電一體化控制系統(tǒng)的可靠性，是行業(yè)和企業(yè)共同的課題和任務(wù)。

1可靠性基本內(nèi)容

機(jī)電一體化控制系統(tǒng)的可靠性直接影響著系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，是產(chǎn)品或系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)條件內(nèi)實(shí)現(xiàn)特定功能的能力體現(xiàn)，主要包括四方面的內(nèi)容。

1.1產(chǎn)品

產(chǎn)品是對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行探索的活動(dòng)主體，也是可靠性研究的對(duì)象，它可以是一套設(shè)備、一個(gè)零件或一個(gè)由若干零部件或設(shè)備組成的系統(tǒng)。

1.2規(guī)定的條件

所謂標(biāo)準(zhǔn)可以是具體的條件，比如溫度、壓力、載荷等;還可以是操作方法、維護(hù)手段或工作人員的自身能力等。標(biāo)準(zhǔn)條件的變化對(duì)系統(tǒng)的可靠性影響甚大，在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中對(duì)系統(tǒng)要素中的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行，任何超越標(biāo)準(zhǔn)的反應(yīng)都可能會(huì)引發(fā)相應(yīng)的故障。

1.3規(guī)定時(shí)間

系統(tǒng)的可靠性是有時(shí)間界定的，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)呈現(xiàn)出一定的目標(biāo)可靠性;時(shí)間限定的差異，系統(tǒng)或產(chǎn)品的可靠性也有所不同。

1.4規(guī)定的能力

實(shí)現(xiàn)或達(dá)成一定的效果，完成所規(guī)定的能力結(jié)果是系統(tǒng)可靠性的終端體現(xiàn)。系統(tǒng)是否可靠就是指其實(shí)現(xiàn)規(guī)定的能力是否符合規(guī)定值，未能實(shí)現(xiàn)功能就稱為失效，對(duì)于可修復(fù)的系統(tǒng)或短暫的失效也稱之為故障。機(jī)電一體化控制系統(tǒng)類型多種多樣，運(yùn)行狀態(tài)也千差萬(wàn)別，所需運(yùn)行條件也不盡相同，對(duì)可靠性的要求自然會(huì)有所差別。

2影響可靠性的因素

機(jī)電一體化控制系統(tǒng)和設(shè)備的構(gòu)成復(fù)雜，往往由多種機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子元器件組成，對(duì)其整體進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)是極為困難，只能通過(guò)對(duì)一些具體故障的表現(xiàn)形式來(lái)分析。

2.1硬件邏輯故障

機(jī)電一體化控制系統(tǒng)的硬件邏輯故障，是指系統(tǒng)中一個(gè)或多個(gè)邏輯變量對(duì)于它們的設(shè)計(jì)特定值的偏離，即對(duì)給定的輸入矢量或序列脈沖，不能給出正常的輸出響應(yīng)。雖然控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，但可以劃分為基本邏輯功能單元，一般可以分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路兩種。組合邏輯電路是指輸出信號(hào)可以用它的輸入信號(hào)的邏輯函數(shù)表示的邏輯電路;時(shí)序邏輯電路是指邏輯電路中某一時(shí)刻的輸出值，它不僅依賴于本次加于它的輸入端的信號(hào)，而且還依賴于先前加在該輸入端的信號(hào)。

2.2軟件故障

機(jī)電一體化控制系統(tǒng)的控制中軟件部分占有十分重要的地位，占比也是越來(lái)越大，其故障的可靠性也日益受到人們的重視。控制系統(tǒng)的軟件主要包括系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件兩部分，其故障的表現(xiàn)形式也主要分為兩種。

2.2.1系統(tǒng)軟件是機(jī)電一體化控制系統(tǒng)為用戶提供的一種計(jì)算環(huán)境和開(kāi)發(fā)手段，包括了操作系統(tǒng)、編譯和轉(zhuǎn)換程序，其故障的發(fā)生往往是由于軟件設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的。在系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者由于對(duì)系統(tǒng)功能的掌握程度不足，設(shè)計(jì)目標(biāo)構(gòu)思考慮不全，從而在算法上、定義上或模塊銜接上出現(xiàn)錯(cuò)誤。這些錯(cuò)誤一旦 存在，就不會(huì)消失。在某種運(yùn)行環(huán)境下，這種設(shè)計(jì)錯(cuò)誤就可能出現(xiàn)。正因?yàn)檐浖收线@種固有的特征，因 此要求軟件設(shè)計(jì)從一開(kāi)始就要有一個(gè)嚴(yán)格的計(jì)劃和方案。

2.2.2應(yīng)用軟件中一部分是由設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)者根據(jù)系統(tǒng)要求固化在程序中，另一部分則是用戶在使用設(shè)備 的過(guò)程中輸入的內(nèi)容。應(yīng)用系統(tǒng)的故障主要出現(xiàn)在程序結(jié)構(gòu)上，由于是人為輸入，可能會(huì)出現(xiàn)編寫(xiě)或格式的錯(cuò)誤，進(jìn)而導(dǎo)致程序無(wú)法運(yùn)行。這種故障的避免也比較簡(jiǎn)單，主要是嚴(yán)格對(duì)輸入內(nèi)容進(jìn)行把關(guān)，并在系統(tǒng)的硬、軟件上增加一些對(duì)應(yīng)用軟件的檢查能，如防止輸入出錯(cuò)的硬件奇偶校驗(yàn)電路，軟件的自診斷或自測(cè)試功能等。

2.3干擾故障

2.3.1電氣干擾。一般是指那些與信號(hào)無(wú)關(guān)的，在信號(hào)輸入、傳輸和輸出的過(guò)程中出現(xiàn)的一些不確定的、有害的電氣變化現(xiàn)象。這些隨機(jī)的、有害的電氣變化現(xiàn)象使得數(shù)據(jù)的傳輸值、指示值或輸出發(fā)生瞬態(tài)變化，增大誤差、出現(xiàn)假象，甚至使裝置的局部或整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)異常的情況而引起故障，其表現(xiàn)形式是隨機(jī)的，其存在形式則往往是一種電氣瞬變脈沖。

2.3.2電磁干擾。機(jī)電一體化控制系統(tǒng)是由各種電磁元器件組成的，在設(shè)備運(yùn)行過(guò) 程中必然伴隨著電磁能量的轉(zhuǎn)換，這就造成了系統(tǒng)本身會(huì)產(chǎn)生干擾波 來(lái)影響周圍的元器件功能，而其本身也受到外界環(huán)境中出現(xiàn)的電磁干擾。

3提高可靠性的措施

3.1在系統(tǒng)整個(gè)開(kāi)發(fā)管理各個(gè)階段，即確定系統(tǒng)的要求、軟件需求分析、軟件設(shè)計(jì)、程序編碼、軟件測(cè)試和驗(yàn)證、軟件維護(hù)等階段，都要有周密的要求和說(shuō)明，詳細(xì)的分析和論證，以提高系統(tǒng)軟件的可靠性。在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造及裝配階段要采用可靠性高的元件，重要部位采用的元件必須進(jìn)行測(cè)試、檢驗(yàn)。

3.2采用容錯(cuò)法設(shè)計(jì)可以提高系統(tǒng)的可靠性。采用備用的軟、硬件來(lái)參與系統(tǒng)的運(yùn)行，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)了該部分的故障，在更換備用件后系統(tǒng)仍可以正常運(yùn)行。機(jī)電一體化控制系統(tǒng)通常都是十分復(fù)雜的，若想不出現(xiàn)故障幾乎是不可能的。因而，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中增強(qiáng)系統(tǒng)的自診斷、自適應(yīng)、自調(diào)整和自修復(fù)功能，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)可以自動(dòng)運(yùn)行預(yù)備措施，避免事故的出現(xiàn)，這也是提高系統(tǒng)的可維護(hù)性、安全性和可靠性的重要措施。

4結(jié)束語(yǔ)

隨著機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，人們對(duì)其可靠性的重視程度越來(lái)強(qiáng)。工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)電一體化控制系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜程度不斷提高，其可靠性的研究和分析也將任重而道遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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