第7章计算机控制系统的可靠性.ppt

Computer Controlled Systems 第七章 计算机控制系统的可靠性 本章主要内容 第一节 可靠性的概念 第二节 系统可靠性分析 第三节 提高系统可靠性措施 第一节 可靠性的概念 是一个定性的概念，可靠性越高越高。 一、什么是可靠性？ 定义：产品在规定的条件和规定的时间内完成规定功能的能力。 （1）产品：元件、器件、部件、仪器设备或系统 （2）规定条件：环境条件、使用条件等 （3）规定时间：抽样测试产品的时间域 （4）规定功能：产品的性能指标 （5）能力：在规定的条件和规定的时间内，完成规定 功能。 举例：不同型号的计算机、灯泡等，注意测试的产品是一批样本， 而不是一个。 第一节 可靠性的概念 可靠性的量化评价。 二、可靠性指标 1、可靠度R(t) 例子： 产品：灯泡N0个（样本） 规定条件：220VAC 规定时间：5h/天 规定功能：正常发光 概率：2年损坏20%，4年损坏40%，6年损坏80%。。。（注 意：这个概率是损坏的概率，不是可靠度） 定义：产品在规定的条件和规定的时间内完成规定功能的概率。 第一节 可靠性的概念 注意： (1) 可靠度R(t)与时间有关，含义是运行时间t不发生 故障的概率； (2) R(t)是一个无量纲数，且 2、失效率λ(t) (1) 定义：产品运行到t时刻，单位时间内出现故障的产品数与t时刻完好产品数之比。 对于一个产品而言，可靠度越高越好。 单位时间内故障产品数： 完好产品数： 总品数： 第一节 可靠性的概念 t时刻的失效率λ(t)为： 上式即为可靠度和失效率的关系，对于电子产品，一 般给出的是产品失效率。 注意：当λ(t)=λ常数时，则 第一节 可靠性的概念 (2) 电子产品的失效率曲线 早期失效期：产品出厂前需要测试，发现产品缺陷，排除故障。 偶然失效期：产品投入使用后，失效率基本为一常数。 耗损失效期：产品到了使用年限，需要更换。 因此：使用中的电子产品，可认为失效率为一常数。 第一节 可靠性的概念 3、平均无故障时间（MTBF） 指的是系统连续两次故障之间的平均时间间隔。按照可靠度定义，根据统计学原理，MTBF可表示如下： 系统的可靠性指标通常用MTBF表示。 根据可靠度和失效率之间的关系： 第一节 可靠性的概念 4、平均修复时间（MTTR） 指的是修复系统故障所用的平均时间。 5、利用率 对于计算机控制系统A=99.98-99.99% 第二节 系统的可靠性分析 一、可靠性逻辑图 1、串联系统 系统中任何一个单元失效，都会导致整个系统失效，只有当系统中所有单元全部正常工作时，系统才能正常工作。 2、并联系统 系统中多个单元完成同一功能，其中只要有一个单元尚能正常工作，则整个系统即可正常工作。 第二节 系统的可靠性分析 注：系统可靠性逻辑图，只反映系统中各单元在可靠性方面的逻辑关系，与各单元的物理连接无关。 第二节 系统的可靠性分析 二、串联系统可靠性分析 一个计算机控制系统是由多个子系统构成的复杂系统，各子系统又由多个功能模件（块）组成，每个模件（块）有若干个元器件构成，因此在分析系统可靠性时，必须从功能模件的可靠性入手，每个模件无论物理连接如何，只要有一个元器件失效则整个模件都将失效。 例如： ①一个I/O模件即可看成由若干个元器件构成的串联系统。 ②一个锅炉汽包压力单回路PID控制回路可看成是由多个单元构成的串联系统。 第二节 系统的可靠性分析 二、串联系统可靠性分析 可靠度：所用串联单元可靠度的乘积。 设 则 平均无故障时间： （定义） 第二节 系统的可靠性分析 三、并联系统可靠性分析 从理论上来讲，并联的单元越多，可靠性越高。 可靠度： 平均无故障时间： 例：两个单元并联，失效率分别为λ1和λ2，计算MTBF。 第二节 系统的可靠性分析 第二节 系统的可靠性分析 四、串并联系统可靠性分析 第二节 系统的可靠性分析 四、并串联系统可靠性分析 第二节 系统的可靠性分析 五、备份系统可靠性分析 1、冷备份系统 是一种冗余系统，其中一个单元工作，另外一个或多个单元不工作，作为工作系统的后备，一旦工作单元失效，后备系统立即投入工作，保证系统正常工作。 考虑两个独立单元组成的冷备份系统，设失效率均为λ，则整个系统 如：两路电源供电，一路运行，一路备用。 第二节 系统的可靠性分析 2、热备份系统 处于待机状态，接收系统中全部信息，但不参与控制，一旦工作单元故障，可及时进行切换。典型的例子：双