Разработка и обеспечение надежности систем автоматического управления

К современной радиоэлектронной аппаратуре предъявляются многогранные технические требования. Поэтому для реализации сложных систем автоматического управления (САУ) необходимо применять десятки и сотни тысяч различных элементов. Сложность аппаратуры отрицательно сказывается на её надёжности, в то время как характер выполняемых современной аппаратурой функций требует именно высокой надежности.

Исходные данные, которыми располагает проектировщик систем, весьма ограничены. Обычно это результаты кратковременных испытаний новых узлов в лабораторных условиях, а также статистические данные о надежности подобных средств в условиях эксплуатации, часто отличающихся от тех, для которых предназначается разрабатываемая система.

Исследования по теории надежности САУ должны быть подчинены одной цели - разработке действительных методов повышения и сохранения надежности при проектировании, изготовлении и эксплуатации. Эта большая и сложная задача требует своего решения на всех этапах проектирования сложной системы.

Одним из самых сложных вопросов в теории надежности является задание целесообразных или хотя бы оправданных количественных требований по надежности на аппаратуру и системы различного назначения. Норму надежности можно считать обоснованной, если она целесообразна или оптимальна в некотором смысле. Повышение надежности, как и улучшение прочих характеристик, связано тем или иным образом с увеличением затрат на производство, поэтому обоснованное задание требований по надежности подразумевает рациональное распределение затрат между компонентами системы. Как и во всех областях человеческой деятельности, где возникают неформальные задачи, решения принимают на основании интуиции специалистов, подкрепленной анализом существующего уровня качественных характеристик. На начальном этапе проектирования САУ основная задача - выбор структуры и определение алгоритмов функционирования. Этот вопрос первоначально решается конструкторами на основании большого опыта. Найти однозначный ответ затруднительно, так как всегда существует несколько альтернативных вариантов построения системы. Таким образом, необходим выбор оптимальной системы путем последовательного сравнения различных вариантов.

После формирования системы и обеспечения решения всех поставленных задач переходят с созданию достаточно простой и адекватной модели надежности, которая зависит от точности и достоверности исходных данных. Недостаточность исходной статистики не может служить отказом для проведения оценок различных показателей надежности и эффективности функционирования системы. Большинство расчетов на этом этапе носит лишь относительный характер. Важно подчеркнуть, что неточность исходных данных приводит к отклонению результатов для всех рассматриваемых вариантов построения системы в одну сторону. Поэтому получаемая информация позволяет выбирать наиболее целесообразный вариант построения системы в смысле близости к оптимальному.

В процессе проектировании сложных систем одно из основных условий принятия решений - системный подход при рассмотрении характеристик, включая и показатели надежности. Это связано с тем, что требования, предъявляемые к САУ, являются противоречивыми. Это приводит к тому, что конструктор должен искать компромиссные решения с использованием системного подхода и, сравнивая различные варианты проекта, рассматривать определенные задачи и цели на более высоком уровне, перед тем как принять решение в задачах на низких уровнях. Системный подход не приводит к построению единой математической модели для всей системы в целом с учетом всех особенностей. Суть системного подхода в создании нескольких достаточно простых и обозримых моделей всей системы, позволяющих определить влияние различных параметров системы и внешних воздействий на общие показатели эффективности функционирования. Важной чертой системного анализа является то, что он позволяет правильно определить важность отдельных вопросов и найти взаимосвязь отдельных характеристик. При этом удается установить влияние параметров надежности на функционирование системы и выявить задачу оценки надежности САУ. Как только задачи или определенные требования установлены на уровне всей системы, они могут быть реализованы и для более низких уровней. Первоначальное планирование должно включать в себя рассмотрение последних отказов и продолжительность вынужденного простоя определенных подсистем. Как только перечислены возможные последствия надежности, можно сравнить различные варианты проекта.

Основная задача теории надежности на этапе технического проектирования - помочь разработчику принять обоснованные решения, касающиеся выбора структуры системы, необходимости использования вводимой избыточности, построения оптимальной системы контроля и др. Более строго теория надежности призвана решить следующую двойную задачу: при заданных характеристиках системы создать систему с минимальной “стоимостью”, причем характеристика “надежность” включена в прочие характеристики; при заданной стоимости добиться максимальной надежности системы. Решение подобных задач оптимизации чрезвычайно важно, так как оно в соответствии с глубиной модели дает достаточно доказательную и обоснованную информацию.

На этапе технического проектирования необходимо принять обоснованные решения, касающиеся выбора структуры системы, необходимости использования вводимой избыточности, построения оптимальной системы контроля и др. Различные структуры САУ характеризуются как начальными показателями надежности, так и потенциальными возможностями их увеличения. В данной работе дадим оценку надежности проектируемой системы автоматического управления газотурбинной электростанции на 2,5 МВт (САУ ГТЭС-2,5) и оценим варианты её повышения.

Повышение надежности, как и улучшение прочих характеристик, связано тем или иным образом с увеличением затрат, поэтому вариант предложенный для реализации должен иметь минимальную стоимость вводимых дороботок. Введение новых элементов или изменение структуры недолжно негативно повлиять на качество управления системы.

Проведение расчетов надежности весьма полезно даже при полном отсутствии исходной статистики, ввиду того, что это позволяет производить оценку сравниваемых вариантов систем. В случае же, когда невозможно подтвердить расчетную надежность, что имеет место для высоконадежных, современных систем, расчеты также необходимы. Они дают единственную более или менее достоверную информацию об уровне надежности системы.

Другие стьтьи в тему

Расчет функций преобразования, чувствительности к измеряемым физическим величинам и схем включения в измерительную цепь различных типов первичных преобразователей
измерительный преобразователь числовой сигнал Датчик - это часть измерительной системы имеющий самостоятельное конструктивное оформление, но вместе с тем обеспечивающий достижение полезного эффекта только при наличии всех других средств, входящих в систему Он осуществляет функцию преоб ...

Разработка систем автоматического регулирования с использованием логарифмических частотных характеристик
Целью данной курсовой работы является освоение методики анализа и синтеза систем автоматического регулирования с использованием логарифмических частотных характеристик и уточненных расчетов на ЭВМ. Проектирование системы автоматического регулирования (САР) выполняется по заданной ...

Разделы

Радиоэлектроника и телекоммуникации © 2018 : www.techelements.ru