机电一体化技术与系统资源 梁景凯 哈工大 主编 第五章.ppt

* 第五章 可靠性和抗干扰技术 第一节 可靠性 第二节 抗干扰技术 第一节 可靠性 一、概述 机电一体化系统及产品要能正常地发挥其功能。首先必须稳定、可靠地工作。可靠性是系统和产品的主要属性之一，是考虑到时间因素的产品质量，对于提高系统的有效性、降低寿命期费用和防止产品发生故障具有重要意义。 二、可靠性的定义 1．产品 2．规定的条件 3．规定的时间 可靠性是有时间要求的，产品只能在一定的时间内达到目标可靠度。 4．规定的功能 产品的可靠性不能脱离“规定的功能”。 三、可靠性指标 机电一体化系统及产品常用的可靠性指标有： 1．可靠度 2．失效率 图5-1 产品的失效率 3．平均寿命 4．平均维修时间 5．有效度 四、可靠性技术与可靠性设计 可靠性技术包括可靠性工程与管理。 可靠性工程研究包括机械和结构的、电子和电器的、零(元)件和系统的、硬件和软件的可靠性设计和试验验证。 可靠性管理是对可靠性工程中的一切活动进行规划、组织、协调、控制与监督。 可靠性设计就是事先考虑产品可靠性的一种方法。 包括以下几方面的内容： l．确定产品的可靠性指标及其量值 可靠性指标是整个可靠性工程所要达到的目标，必须正确地选择。 2．产品的失效分析 失效是产品的一种破坏方式，产品不可靠就是由于产品在使用过程中发 生失效引起的。 3．产品的可靠性分析 产品的可靠性与其组成的零部件的可靠性之间存在一定的定量关系，可靠性分析的目的就是要建立这种关系。 4．产品的可靠性分配 5．产品的可靠性验证 四、提高系统可靠性的途径 1．提高系统各组成元、器件的设计、制造质量及系统的装配质量 2．容错法设计 (1)软件冗余 (2)硬件冗余 3．采用故障诊断术，提高系统的可维护性 第二节 抗干扰技术 一、干扰的基本概念 电磁干扰一般是指系统在工作过程中出现的一些与有用信号无关的，并且对系统性能或信号传输有害的电气变化现象。 二、干扰的分类 (一) 按干扰性质分 1．自然干扰 2．人为干扰 3．固有干扰 (二) 按干扰的耦合模式分 1．静电干扰 2．磁场耦合干扰 3．漏电耦合干扰 4．共阻抗感应干扰 5．电磁辐射干扰 中央电视台发射塔 三、干扰的传播途径 干扰的产生和引起，既与系统本身的结构和制造有关，也与工作环境有关。产生电磁干扰必须同时具备干扰源、干扰传播途径和干扰接收器三个条件。 传播途径有两种方式：一是传导方式，干扰信号通过各种线路传入；一是辐射方式，干扰信号通过空间感应传入。 四、干扰的抑制和防护 (一) 屏蔽 屏蔽是利用导电或导磁材料制成的盒状或壳状屏蔽体，将干扰源或干扰对象包围起来从而割断或削弱干扰场的空间耦合通道，阻止其电磁能量的传输。 按需屏蔽的干扰场的性质不同，可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。 图5-6 变压器的屏蔽 (二) 隔离 把干扰源与接收系统隔离开来，使之尽可能不发生电联系，从而切断干扰的耦合通道，达到抑制干扰的目的，这种方法称为隔离。 1．光电隔离 光电隔离是以光作媒介在隔离的两端间进行信号传输的，所用的器件是光耦合器。 图5-7 光电隔离 2．变压器隔离 隔离变压器是最常用的隔离部件，用来阻断干扰信号的传导通路，并抑制干扰信号的强 度。 3．继电器隔离 继电器线圈和触点仅有机械联系而没有直接电联系，因此可利用继电器线圈接受信号，而利用其触点发送和传输信号，从而可实现强电和弱电的隔离。 (三) 滤波 滤波是抑制传导干扰的一种重要方法。 常用滤波器有反射滤波器和损耗滤波器两大类。 反射滤波器是利用电感、电容等电抗元件或它们的网络组成的滤波器。 图5-10 低通滤波器 高通滤波器 损耗滤波器是将不需要的频率成分的能量损耗在滤波器内来抑制干扰。 将电路、设备机壳等与作为零电位的一个公共参考点(或面)实现低阻抗的连接，称之为接地。 (四) 接地 机电一体化系统常用的接地方式有以下几种。 1．一点接地 信号地线的接地方式应采用一点接地，而不采用多点接地。 2．多点接地 3．复合接地 4．浮地 浮地是指设备的整个地线系统和大地之间无导体连接，它是以悬浮的“地”作为参考电平。 (五) 合理布局 合理布局的基本原则是使干扰源与干扰对象尽可能远离，输入和输出端口妥善分离，高电平电缆及脉冲引线与低电平电缆分别敷设等。 多点接地 (六) 软件抗干扰技术 1．软件滤波 识别信号的原则有两种： (1) 时间原则 (2) 空间原则 2．软件“陷井” 3．软件“看门狗”(WATCHDOG)技术 WATCH