7.2. Резервирование, как средство повышения безотказности рулевых приводов.

Известно, что схемотехника и конструкции электрогидравлических приводов в части повышения их безотказности развиваются по следующим направлениям:

1. Введение в систему рулевого привода некоторой структурной избыточности по сравнению с минимальным набором элементов, которые необходимы для выполнения функций управления, т.е. – применение методов резервирования приводов.

2. Исключение из структуры следящих приводов потенциально отказоопасных элементов.

3. Введение в состав приводов устройств, которые смягчают последствия отказов в элементах привода, например, выключают из активной работы привода отказавшую подсистему, блокировки активных отказов, которые приводят к перемещению выходного звена привода с большой скоростью на упор. Такие отказы, как правило, являются опасными отказами и их необходимо исключать.

4. Встраивание в привод системы мониторинга (контроля исправности элементов привода). Такая система предназначена для выявления на возможно более низком энергетическом уровне отказа элемента привода и выработки команд на блокировку отказавшего устройства и переключения на резервный канал привода.

Применение резервирования дает наибольший эффект в повышении безотказности управления только при наличии систем контроля состояния (мониторинга) резервированного привода. Поэтому разработка систем резервированных электрогидравлических приводов неразрывно связана с разработкой систем встроенного контроля состояния (мониторинга) привода.

Одним из потенциально опасных элементов электрогидравлических приводов является электрогидравлические усилители мощности типа ''сопло-заслонка'' или ''струйная трубка'' [7.5], в первом каскаде которых должно обеспечиваться надежное управление потоками рабочей жидкости через рабочие окна и зазоры с линейным размером 0,1-0,3 мм. Считается, что такие элементы склонны к засорению и являются потенциально более опасными элементами, чем электрогидравлические усилители мощности с непосредственным управлением золотником гидрораспределителя.

Основным путем обеспечения безотказности электрогидравлических приводов следует считать общее структурное резервирование в сочетании с раздельным резервированием [7.2, 7.3].

При общем структурном резервировании электрогидравлических приводов в состав привода вводятся одинаковые дополнительные позиционные следящие системы – каналы следящего привода, каждый из которых имеет полный набор элементов, необходимых для функционирования привода.

Схема системы с общим структурным резервированием показана на рис.7.2.1.

Рис.7.2.1

Общая схема системы с общим структурным резервированием:

m- количество резервных каналов; n – количество функционально-законченных элементов в каждом канале привода; Uвх – входной сигнал; Yвых – перемещение выходного звена привода.

Каждый канал на представленной схеме представляет собой один следящий электрогидравлический привод с позиционной обратной связи, подключённый к источнику энергии. Каналы привода (основной и резервные) состоят из n функционально законченных элементов. Отказ каждого из этих элементов (1,…n) приводит к отказу всего канала привода. Вероятность появления отказа каждого из этих каналов привода, включающего n элементов, за время полёта tп равна

(7.2.1)

а вероятность безотказной работы одного канала резервированного привода, основного или резервного канала (при условии, что они одинаковые) равна

(7.2.2)

Известно [7.2], что если резервированный привод имеет всего m+1 одинаковых каналов, включая один основной и m резервных, а для полноценного управления необходимо иметь k работающих каналов, то в этом случае вероятность обеспечения безотказного управления определяется выражением [7.3]:

, (7.2.3)

т.е. биномиальным распределением.

Здесь - количество сочетаний из m по j, j – номер канала (основного или резервного: j=1,…m+1),

- вероятность отказа одного канала,

- вероятность безотказной работы одного канала.

Если один канал многоканального привода (привода со структурным общим резервированием, при котором резервные каналы привода такие же, как и основной) рассматривать как один функционально-законченный элемент, то многоканальный привод в целом можно представить в виде структурной схемы с m+1 параллельно включенными функционально-законченными элементами (см. схему на рис.7.2.2).

Каждый из этих функционально-законченных элементов P_k(t) представляет собой один следящий канал привода, преобразующий входной управляющий сигнал в перемещение выходного звена привода.

Рис.7.2.2