淺談機電一體化控制系統可靠性的研究和分析

希志明

摘 要：機電一體化控制系統可靠性直接影響機電一體化產品的運行和功能發揮，進而影響人們的生產和生活。本文主要從機電一體化控制系統可靠性的基本內容、影響因素、提升措施等方面進行探討和闡述。

關鍵詞：機電一體化;控制系統;可靠性

概述

機電一體化控制系統發展至今已經成為了一種自動化程度高、構成要素復雜的有機系統。機電一體化設備廣泛應用于工業生產和生活，一旦發生故障極有可能造成巨大的損失和影響。研究機電一體化控制系統的可靠性，是行業和企業共同的課題和任務。

1可靠性基本內容

機電一體化控制系統的可靠性直接影響著系統的正常運轉，是產品或系統在標準條件內實現特定功能的能力體現，主要包括四方面的內容。

1.1產品

產品是對系統性能進行探索的活動主體，也是可靠性研究的對象，它可以是一套設備、一個零件或一個由若干零部件或設備組成的系統。

1.2規定的條件

所謂標準可以是具體的條件，比如溫度、壓力、載荷等;還可以是操作方法、維護手段或工作人員的自身能力等。標準條件的變化對系統的可靠性影響甚大，在機電一體化控制系統中對系統要素中的標準規定應嚴格執行，任何超越標準的反應都可能會引發相應的故障。

1.3規定時間

系統的可靠性是有時間界定的，在規定的時間內系統呈現出一定的目標可靠性;時間限定的差異，系統或產品的可靠性也有所不同。

1.4規定的能力

實現或達成一定的效果，完成所規定的能力結果是系統可靠性的終端體現。系統是否可靠就是指其實現規定的能力是否符合規定值，未能實現功能就稱為失效，對于可修復的系統或短暫的失效也稱之為故障。機電一體化控制系統類型多種多樣，運行狀態也千差萬別，所需運行條件也不盡相同，對可靠性的要求自然會有所差別。

2影響可靠性的因素

機電一體化控制系統和設備的構成復雜，往往由多種機械結構和電子元器件組成，對其整體進行可靠性評價是極為困難，只能通過對一些具體故障的表現形式來分析。

2.1硬件邏輯故障

機電一體化控制系統的硬件邏輯故障，是指系統中一個或多個邏輯變量對于它們的設計特定值的偏離，即對給定的輸入矢量或序列脈沖，不能給出正常的輸出響應。雖然控制系統較為復雜，但可以劃分為基本邏輯功能單元，一般可以分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩種。組合邏輯電路是指輸出信號可以用它的輸入信號的邏輯函數表示的邏輯電路;時序邏輯電路是指邏輯電路中某一時刻的輸出值，它不僅依賴于本次加于它的輸入端的信號，而且還依賴于先前加在該輸入端的信號。

2.2軟件故障

機電一體化控制系統的控制中軟件部分占有十分重要的地位，占比也是越來越大，其故障的可靠性也日益受到人們的重視。控制系統的軟件主要包括系統軟件與應用軟件兩部分，其故障的表現形式也主要分為兩種。

2.2.1系統軟件是機電一體化控制系統為用戶提供的一種計算環境和開發手段，包括了操作系統、編譯和轉換程序，其故障的發生往往是由于軟件設計缺陷導致的。在系統軟件的設計中，設計者由于對系統功能的掌握程度不足，設計目標構思考慮不全，從而在算法上、定義上或模塊銜接上出現錯誤。這些錯誤一旦 存在，就不會消失。在某種運行環境下，這種設計錯誤就可能出現。正因為軟件故障這種固有的特征，因 此要求軟件設計從一開始就要有一個嚴格的計劃和方案。

2.2.2應用軟件中一部分是由設計階段設計者根據系統要求固化在程序中，另一部分則是用戶在使用設備 的過程中輸入的內容。應用系統的故障主要出現在程序結構上，由于是人為輸入，可能會出現編寫或格式的錯誤，進而導致程序無法運行。這種故障的避免也比較簡單，主要是嚴格對輸入內容進行把關，并在系統的硬、軟件上增加一些對應用軟件的檢查能，如防止輸入出錯的硬件奇偶校驗電路，軟件的自診斷或自測試功能等。

2.3干擾故障

2.3.1電氣干擾。一般是指那些與信號無關的，在信號輸入、傳輸和輸出的過程中出現的一些不確定的、有害的電氣變化現象。這些隨機的、有害的電氣變化現象使得數據的傳輸值、指示值或輸出發生瞬態變化，增大誤差、出現假象，甚至使裝置的局部或整個系統出現異常的情況而引起故障，其表現形式是隨機的，其存在形式則往往是一種電氣瞬變脈沖。

2.3.2電磁干擾。機電一體化控制系統是由各種電磁元器件組成的，在設備運行過 程中必然伴隨著電磁能量的轉換，這就造成了系統本身會產生干擾波 來影響周圍的元器件功能，而其本身也受到外界環境中出現的電磁干擾。

3提高可靠性的措施

3.1在系統整個開發管理各個階段，即確定系統的要求、軟件需求分析、軟件設計、程序編碼、軟件測試和驗證、軟件維護等階段，都要有周密的要求和說明，詳細的分析和論證，以提高系統軟件的可靠性。在機電一體化控制系統的設計、制造及裝配階段要采用可靠性高的元件，重要部位采用的元件必須進行測試、檢驗。

3.2采用容錯法設計可以提高系統的可靠性。采用備用的軟、硬件來參與系統的運行，一旦系統出現了該部分的故障，在更換備用件后系統仍可以正常運行。機電一體化控制系統通常都是十分復雜的，若想不出現故障幾乎是不可能的。因而，在系統設計中增強系統的自診斷、自適應、自調整和自修復功能，在系統出現故障時可以自動運行預備措施，避免事故的出現，這也是提高系統的可維護性、安全性和可靠性的重要措施。

4結束語

隨著機電一體化技術的應用越來越廣泛，人們對其可靠性的重視程度越來強。工業和科學技術的快速發展，機電一體化控制系統的規模和復雜程度不斷提高，其可靠性的研究和分析也將任重而道遠。

參考文獻：

[1]汪勝陸.機械產品可靠性設計方法及其發展趨勢的探討[J].機械設計，2007;

[2]楊鶴年，韓鋼.機電一體化控制系統中的可靠性分析[J].煤炭技術，2011。