3.1.4 Алгоритмы расчета надежности при проектировании сау.

На первой стадии проектирование носит оценочный характер из-за:

а) невысокой точности исходных данных (λ-характеристика элементов);

б) неполного соответствия математической модели, используемой для расчета надежности (не экспоненциальная).

В зависимости от этапов проектирования расчеты по надежности САУ делятся:

а) прикидочный (ориентировочные) – выполняются в процессе разработки вариантов схем;

б) окончательный – выполняется после завершения проектирования.

Если при проектировании не были применены специальные методы обеспечения надежности и к системе не предъявлялись определенные требования по надежности, то ограничиваются только прикидочным расчетом. В остальных случаях проводят окончательные расчеты надежности.

3.1.4.1. Алгоритм прикидочного расчета надежности сау

Позволяет: сравнивать между собой варианты разрабатываемых схем, определять основные критерии для отыскания слабых мест в системе с точки зрения надежности.

Не позволяет: получить высокую точность оценок показателей надежности.

Исходные данные:

• номенклатура типов элементов, использующихся в схеме;

• число элементов каждого типа;

• номинальные значения λ-характеристик элементов;

• время работы или число циклов срабатывания элементов (ориентировочные).

Особенность: из исходных данных видно, что не обязательно иметь готовую электрическую схему (ее структуру), т.к. при этом расчете делаются следующие допущения:

а) все элементы соединены последовательно;

б) специальные методы обеспечения надежности не используются;

в) λ – характеристики элементов постоянны;

г) электрические нагрузки элементов номинальные;

д) система работает при номинальных климатических и механических нагрузках;

е) время работы (число циклов) элементов одинаково.

С учетом допущений расчетные формулы будут иметь вид:

1. Интенсивность отказов системы

.

где - интенсивность отказовi-го типа элемента;

n_i - число элементов i-го типа;

R – число типов элементов в схеме.

2. Наработка до первого отказа

.

3. Вероятность безотказной работы системы

.

где  – время работы системы (грубое приближение: , т.е. отбрасываются, начиная с третьего, все члены ряда, на который разложена функция).

3.1.4.2. Алгоритм окончательного расчета надежности сау

Общие замечания: применяются в случаях, когда прикидочный расчет показывает, что показатели надежности низки, и основан на составленных конкретных электрических схемах САУ и рассчитанных коэффициентах электрических нагрузок для каждого элемента.

Исходные данные:

− электрические схемы, разработанные с учетом прикидочного расчета;

− спецификации на готовые изделия (элементы);

− коэффициенты электрических нагрузок (рассчитанные или измеренные на макетах);

− интенсивности отказов элементов, таблицы и графики поправочных коэффициентов к ним;

− время работы (число циклов) срабатывания каждого элемента;

− климатические условия и механические нагрузки;

− данные по резервированию технологического оборудования;

− эксплуатационные характеристики технологического оборудования;

− требования к надежности систем управления.

Алгоритм окончательного расчета следующий

1. Составляется временная модель работы системы. Если система многофункциональная, ее разбивают на подсистемы и устройства одноцелевого назначения (тогда для каждого устройства своя временная модель).

2. Уточняется, на основе временной модели работы системы, понятие отказа и номенклатура показателей надежности.

3. Составляется структурная схема надежности системы. В ней в виде отдельных блоков прямоугольников изображают отдельные устройства или функциональные узлы(т.е. для расчета всей схемы необходимы характеристики надежности отдельных блоков)

4. Составляются структурные схемы надежности для каждого блока блочной структуры схемы (часть элементов, отказ которых не влияет на отказ блоков, или блоки, не оказывающие влияние на отказ системы, не должны входить в общую структурную схему).

5. На каждый блок составляется и заполняется таблица по следующей форме:

(наименование устройства управления или блока)

В общем случае λ − зависит в основном от:

а) от электрических режимов работы (по коэффициенту нагрузок);

б) температуры и влажности окружающей среды;

в) механических воздействий;

Это учитывается введением поправочных коэффициентов а:

,

где − номинальное значениеλ-характеристики элемента;

−рабочая λ-характеристика, полученная с учетом всех воздействующих факторов;

a₁ − коэффициент, учитывающий влияние электрических режимов работы и температуры т.е.

,

где a₂, a₃ − коэффициенты, учитывающие вибрацию и механические удары соответственно (для лабораторных условий a₂ = a₃ = 1, для стационарных условий a₂ = 1.04, a₃ = 1.03);

a₄ − коэффициент, учитывающий относительную влажность окружающей среды (при 60 – 70% → a₄ = 1; при 90 – 98%→ a₄ = 2.5);

a₅ −коэффициент, учитывающий влияние давления окружающей среды(при высоте до 1 км a₅ = 1; при ;при).

После заполнения таблицы рассчитывают показатели надежности по формулам, соответствующим составленным структурным схемам надежности и временной модели работы системы.