机械设备控制系统的故障诊断技术
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
7.1 可靠性的基本概念
7.1.1 可靠性的概 念 1966 年 美 国 的 MILSTD-721B 又 较 正 规 地 给 出了传统或经典的可靠性定义：“产品在规定的 条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力”。
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
7.2.2 软件故障
软件的失效率曲线
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
1.系统软件故障
对于机械设备控制系统的系统软件故障来说，其故障 往往是由于设计错误引起的，即在软件设计阶段，由于对系 统功能了解不多，设计目标构思考虑不全，从而在算法上、 定义上或模块衔接上出现错误。
（2）外部干扰：外部干扰是由装置外部窜入到装置内的各种干 扰。
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
1.依据干扰产生和传播的方式来划分
（1）静电干扰：静电干扰就是电场通过电容耦合的干扰。
（2）供电干扰：控制器一般都配备有专用的直流稳压电源，即 使如此，从交流供电阀传来的干扰信号仍然可能影响电源电压的 稳定性，并可能经过整流电源串入控制器。
包含因素： ➢对象 ➢使用条件 ➢规定时间
➢规定功能
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
7.1.2 可靠性的基本术语
1.可靠度（Reliability）: 可靠度是指元件、设备、系统等在 规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率。
2.维修度（Maintainability）: 维修度是指对可维修的元件、 设备或系统在发生故障或失效后在规定的条件下和规定的时 间内完成修复的概率。
3.有效度（Availability）: 有效度又称可利用度（可利用率）， 是指可维修的元件、设备或系统在规定的条件下使用时，在 某时刻具有或保持其功能的概率。
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
4.浴盆曲线（Bath-Tub Curve） 浴盆曲线实质上是一条瞬时 失效率变化曲线，瞬时失效率是工作到时刻尚未失效的概 率，常记作λ(t)。
3.寿命（Life）
n(t)
(t )
源自文库
n(t) N (t)t
N (0)t N (t)
f (t) R(t)
N (0)
➢不可修复产品——失效前平均时间MTTF（Mean Time To Failure）
T
1 N
N
ti
i 1
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
➢可修复产品——平均无故障工作时间或平均故障间隔MTBF（Mean Time Between Failure）。
1
T N
N ni
tij
n i1 j1 i
i 1
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
7.1.4 可靠性预测
元件的可靠性预测
➢ 试验统计法：通过模拟实验，确定元件在任何规定的使用时间内 的可靠性。
➢ 经验法：查可靠性手册或根据类似元件的使用经验，积累的可靠 性数据,考虑在新产品设计中的专用条件，估计出元件的可靠性水 平。
（2）按比例分配法：其分配原则是按照各组成单元的预计失效 率的比例进行分配。
（3）按重要性分配法：考虑各组成单元的重要程度、复杂程度 及工作时间等差别的分配方法。
（4）最优化分配方法：根据系统中起主导作用的特性参数的优 化目标和各种限制性约束条件选取最优化分配方案。
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
（3）强电干扰：驱动电路中的强电元件如继电器、电磁铁和接 触器等感性负载，在断电时会产生过电压和冲击电流。
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
（4）电磁辐射干扰：如果在控制系统附近存在磁场、电磁场、静 电场或电磁波辐射源，就可能通过空间感应，直接干扰系统中的各 设备和导线，使其中的电平发生变化，或产生脉冲干扰信号。
浴盆曲线
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
7.1.3 可靠性指标
1.失效函数和可靠度函数
失效函数 可靠度函数
0当t 0时 F (t) 1当t 时
n(t) / N当0 t 时
R(t) 1 F (t) t f (t)dt
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
2. 失效率（Failure Rate）
2.应用软件故障
应用软件的故障，主要是指书写格式上、语法上或程 序结构上的错误。这些错误的产生，一般是由于人为因素引 起的，即在编写程序或输入过程中产生的人为错误，从而引 起故障。
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
7.2.3 干扰故障
1.依据干扰的来源划分
（1）内部干扰：内部干扰是指控制系统或装置本身内部引起的 各种干扰。
7.1.6 冗余设计
（1）在满足产品性能要求的前提下，尽可能简化产品结构，次 要部件和不必要的复杂结构只会增加产品发生故障的概率。
（2）提高产品各部件的可靠性 （3）在可靠性低的部件上采用并联储备
（4）采用冷储备，即在部件出现故障时，由备用部件自动转入 工作 （5）修理维护，即各换或修理故障部件，与冷储备不同之处在 于不是自动转入工作
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
7.2 机械设备控制系统的故障类型
7.2.1 硬件逻辑系统的故障类型
1.永久性故障
（1）固定故障：集成电路芯片的输入或输出端，或者电路板上 某一连线的逻辑值固定不变的故障称为固定故障。
（2）桥接故障：印制电路板上两相邻线间的穿通或短路，即形 成所谓桥接故障。
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
2.间发性故障
间发性故障是指由于计时的偏差、外部电气噪声及工作边 界值变小等原因所造成的，在偶尔发生故障后再运行时又很少重 复出现的故障。由于它的随机性、偶发性，分析和诊断都比较困 难，因此又称为软故障
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
3.边缘性故障 边缘性故障，是指由于元件长年老化使边界值逐渐变化或 缩小而引起的故障。
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
系统的可靠性预测
系统的可靠性取决于元件的可靠度和元件组合方式两个 因素，最基本的组合方式为串联和并联模型，更复杂的系统 模型可以从这两种基本模型引伸出来。
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
7.1.5 可靠性指标的分配
（1）等同分配法：是按照各组成单元可靠性相等的原则分配。
7.1 可靠性的基本概念
7.1.1 可靠性的概 念 1966 年 美 国 的 MILSTD-721B 又 较 正 规 地 给 出了传统或经典的可靠性定义：“产品在规定的 条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力”。
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
7.2.2 软件故障
软件的失效率曲线
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
1.系统软件故障
对于机械设备控制系统的系统软件故障来说，其故障 往往是由于设计错误引起的，即在软件设计阶段，由于对系 统功能了解不多，设计目标构思考虑不全，从而在算法上、 定义上或模块衔接上出现错误。
（2）外部干扰：外部干扰是由装置外部窜入到装置内的各种干 扰。
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
1.依据干扰产生和传播的方式来划分
（1）静电干扰：静电干扰就是电场通过电容耦合的干扰。
（2）供电干扰：控制器一般都配备有专用的直流稳压电源，即 使如此，从交流供电阀传来的干扰信号仍然可能影响电源电压的 稳定性，并可能经过整流电源串入控制器。
包含因素： ➢对象 ➢使用条件 ➢规定时间
➢规定功能
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
7.1.2 可靠性的基本术语
1.可靠度（Reliability）: 可靠度是指元件、设备、系统等在 规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率。
2.维修度（Maintainability）: 维修度是指对可维修的元件、 设备或系统在发生故障或失效后在规定的条件下和规定的时 间内完成修复的概率。
3.有效度（Availability）: 有效度又称可利用度（可利用率）， 是指可维修的元件、设备或系统在规定的条件下使用时，在 某时刻具有或保持其功能的概率。
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
4.浴盆曲线（Bath-Tub Curve） 浴盆曲线实质上是一条瞬时 失效率变化曲线，瞬时失效率是工作到时刻尚未失效的概 率，常记作λ(t)。
3.寿命（Life）
n(t)
(t )
源自文库
n(t) N (t)t
N (0)t N (t)
f (t) R(t)
N (0)
➢不可修复产品——失效前平均时间MTTF（Mean Time To Failure）
T
1 N
N
ti
i 1
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
➢可修复产品——平均无故障工作时间或平均故障间隔MTBF（Mean Time Between Failure）。
1
T N
N ni
tij
n i1 j1 i
i 1
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
7.1.4 可靠性预测
元件的可靠性预测
➢ 试验统计法：通过模拟实验，确定元件在任何规定的使用时间内 的可靠性。
➢ 经验法：查可靠性手册或根据类似元件的使用经验，积累的可靠 性数据,考虑在新产品设计中的专用条件，估计出元件的可靠性水 平。
（2）按比例分配法：其分配原则是按照各组成单元的预计失效 率的比例进行分配。
（3）按重要性分配法：考虑各组成单元的重要程度、复杂程度 及工作时间等差别的分配方法。
（4）最优化分配方法：根据系统中起主导作用的特性参数的优 化目标和各种限制性约束条件选取最优化分配方案。
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
（3）强电干扰：驱动电路中的强电元件如继电器、电磁铁和接 触器等感性负载，在断电时会产生过电压和冲击电流。
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
（4）电磁辐射干扰：如果在控制系统附近存在磁场、电磁场、静 电场或电磁波辐射源，就可能通过空间感应，直接干扰系统中的各 设备和导线，使其中的电平发生变化，或产生脉冲干扰信号。
浴盆曲线
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
7.1.3 可靠性指标
1.失效函数和可靠度函数
失效函数 可靠度函数
0当t 0时 F (t) 1当t 时
n(t) / N当0 t 时
R(t) 1 F (t) t f (t)dt
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
2. 失效率（Failure Rate）
2.应用软件故障
应用软件的故障，主要是指书写格式上、语法上或程 序结构上的错误。这些错误的产生，一般是由于人为因素引 起的，即在编写程序或输入过程中产生的人为错误，从而引 起故障。
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
7.2.3 干扰故障
1.依据干扰的来源划分
（1）内部干扰：内部干扰是指控制系统或装置本身内部引起的 各种干扰。
7.1.6 冗余设计
（1）在满足产品性能要求的前提下，尽可能简化产品结构，次 要部件和不必要的复杂结构只会增加产品发生故障的概率。
（2）提高产品各部件的可靠性 （3）在可靠性低的部件上采用并联储备
（4）采用冷储备，即在部件出现故障时，由备用部件自动转入 工作 （5）修理维护，即各换或修理故障部件，与冷储备不同之处在 于不是自动转入工作
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
7.2 机械设备控制系统的故障类型
7.2.1 硬件逻辑系统的故障类型
1.永久性故障
（1）固定故障：集成电路芯片的输入或输出端，或者电路板上 某一连线的逻辑值固定不变的故障称为固定故障。
（2）桥接故障：印制电路板上两相邻线间的穿通或短路，即形 成所谓桥接故障。
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
2.间发性故障
间发性故障是指由于计时的偏差、外部电气噪声及工作边 界值变小等原因所造成的，在偶尔发生故障后再运行时又很少重 复出现的故障。由于它的随机性、偶发性，分析和诊断都比较困 难，因此又称为软故障
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
3.边缘性故障 边缘性故障，是指由于元件长年老化使边界值逐渐变化或 缩小而引起的故障。
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
系统的可靠性预测
系统的可靠性取决于元件的可靠度和元件组合方式两个 因素，最基本的组合方式为串联和并联模型，更复杂的系统 模型可以从这两种基本模型引伸出来。
第第绪71章论章机的械故设障备诊控断制技系术统
7.1.5 可靠性指标的分配
（1）等同分配法：是按照各组成单元可靠性相等的原则分配。