机电一体化系统的可靠性设计

一、机电一体化系统的可靠性描述
（一）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。它包括：产品、规定的条件、规定的时间、规定的功能。
（二）可靠性指标
1.故障分布函数和故障密度函数
在[0，t）的时间间隔内，产生的故障的概率用函数F（t）表示

f（t）故障密度函数

2.可靠度R（t）
可靠度实质是产品到时刻t时无故障概率

3.平均寿命：可靠度函数的平均值（数学期望值）

4.失效率λ（t）：指产品在t时刻没有发生故障而在t之后的dt时间内发生故障的条件概率密度函数

通过试验的方法可获得失效率曲线

5.有效度（可利用率）：
平均有效度A：反映了设备提供正确使用的能力

有效度

（三）可靠性预测
元件的可靠性预测：
试验统计法、经验法
系统的可靠性预测取决于元件的可靠性和元件的组合方式两个因素最基本的组合方式为串联和并联
（四）可靠性指标的分配
1.等同分配法
2.按比例分配法
3.按重要性分配法
4.最优化分配法
二、机电一体化系统常见故障类型
（一）硬件逻辑故障
1.永久性故障：固定故障、桥接故障
2.间发性故障
3.边缘性故障
（二）常见软件故障
1.系统软件故障
2.应用软件故障
（三）常见干扰故障
根据干扰的现象和信号特征的不同有不同的分类方法
1.按干扰性质分
自然干扰、人为干扰、固有干扰
2.按干扰耦合模式分：
静电干扰、磁场耦合干扰、漏电耦合干扰、共阻抗干扰、电磁辐射干扰
三、机电一体化系统的干扰抑制与防护
各种干扰是机电一体化系统和装置出现瞬时故障的主要原因。
抑制电磁干扰是电磁兼容性设计的核心。
电磁干扰的抑制要从干扰源、传播途径、接收器三个方面着手。常用的抑制方法：
屏蔽干扰源
隔离：光电隔离、变压器隔离、继电器隔离
滤波 常用反射滤波器和损耗滤波器
接地：单点接地、交流接地点与直流接地点分开原则、将逻辑地浮空并使机柜良好接地、数字地和模拟地分开、印刷电路板地线的安排
合理布置电源：交流电源输入采取综合措施、合理的直流电源方案
软件抗干扰措施：软件陷阱、WTD技术
四、机电一体化系统的故障诊断与容错技术
（一）机电一体化系统的自诊断
1.通路敏化法
2.D算法
3.状态表分析法
4.功能故障诊断法
（二）机电一体化系统的容错技术
1.时间冗余
2.硬件冗余