《机电一体化技术基础高职课题六.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机电一体化技术基础高职课题六.（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、课题六 学习可靠性和抗干扰技术 学习任务一认识可靠性 学习任务二认识抗干扰技术 学习任务 一认识可靠性 1.什么是可靠性 一般所说的“可靠性”指的是“可信赖的”或“可信任的”。对产品而言， 可靠性越高就越好。可靠性高的产品，可以长时间正常工作(这正是 所有消费者需要得到的);从专业术语上来说，就是产品的可靠性越高 ，产品可以无故障工作的时间就越长。 产品可靠性定义的要素是三个“规定”:“规定条件”“规定时间”“规定功 (1)规定条件 “规定条件”包括使用时的环境条件和工作条件。 下一页返回 学习任务 一认识可靠性 (2)规定时间 “规定时间”是指产品规定了的任务时间;随着产品任务时间的增加，
2、产品出现故障的概率将增加，而产品的可靠性将是下降的。 (3)规定功能 “规定功能”是指产品规定了的必须具备的功能及其技术指标。所要求 产品功能的多少和其技术指标的高低，直接影响到产品可靠性指标的 高低。 产品实际使用的可靠性叫做工作可靠性。工作可靠性又可分为固有可 靠性和使用可靠性。 上一页 下一页返回 学习任务 一认识可靠性 固有可靠性是产品设计制造者必须确立的可靠性，即按照可靠性规划 ，从原材料和零部件的选用，经过设计、制造、试验，直到产品出产 的各个阶段所确立的可靠性。使用可靠性是指已生产的产品，经过包 装、运输、储存、安装、使用、维修等因素影响的可靠性。 2.增强可靠性的主要措施 机电
3、设备的可靠性可用可靠度R来表示，见式(6-1)。 式中，R为整个机电一体化设备的可靠度;R1为机械部件的可靠度; R2 为电气部件的可靠度; R3为机电接口的可靠度。 上一页 下一页返回 学习任务 一认识可靠性 由此可见，为了提高整个机电一体化设备的可靠性，必须对其各组成 部分进行分析，提高各组成部分的可靠性，找出薄弱环节，改善设计 方法，合理配置结构，必要时对重要部分可以采用冗余设计。 提高可靠性的措施可以有:对元器件加强筛选;使用容错法设计(使用冗 余技术);重要系统或器件备份;使用故障诊断技术等。 机电一体化设备的可靠性还可通过提高机械运行精度、提高部件的加 工精度、提高系统的控制精度等
4、来获得提高。可采用精密机械改造传 统机械，电路控制部分可用PLC(可编程控制)代替传统的继电器接触 控制，或采用先进的NC(数字控制)，PC(计算机控制)代替传统控制方 法等。 上一页 下一页返回 学习任务 一认识可靠性 3.可靠性要素 可靠性包含了耐久性、可维修性、设计可靠性三大要素。 (1)耐久性 产品使用无故障性或使用寿命长就是耐久性。 (2)可维修性 当产品发生故障后，能够很快很容易地通过维护或维修排除故障，就 是可维修性。 (3)设计可靠性 上一页 下一页返回 学习任务 一认识可靠性 这是决定产品质量的关键，由于人一机系统的复杂性，以及人在操作 中可能存在的差错和操作使用环境的这种因
5、素影响，发生错误的可能 性依然存在，所以设计的时候必须充分考虑产品的易使用性和易操作 性，这就是设计可靠性。 4.可靠性评价 可靠性评价可以使用概率指标或时间指标，这些指标有:可靠度、失 效率、平均无故障工作时间、平均失效前时间、有效度等。 典型的失效率变化曲线，形似浴盆，常称浴盆曲线(Bathtub Curve ) ,如图6 -4所示。 上一页 下一页返回 学习任务 一认识可靠性 其分为三个阶段:早期故障区、偶然故障区、耗损故障区。早期故障 区的失效率为递减形式，即新产品失效率很高，但经过磨合期，失效 率会迅速下降。偶然故障区的失效率为一个平稳值，意味着产品进入 了一个稳定的使用期。耗损故障
6、区的失效率为递增形式，即产品进入 老年期，失效率呈递增状态，产品需要更新。 5.机电一体化系统电子装置可靠性 首先是电子产品的复杂程度在不断增加，导致可靠性问题的日显重要 。 上一页 下一页返回 学习任务 一认识可靠性 其次，电子设备的使用环境日益严酷，现已从实验室到野外，从热带 到寒带，从陆地到深海，从高空到宇宙空间，经受着不同的环境条件 。 第三，电子设备的装置密度不断增加。 可靠性已经列为产品的重要质量指标加以考核和检验。产品的技术性 能指标仅仅能够作为衡量产品质量好坏的标志之一，还不能反映产品 质量的全貌。必须同时将可靠性指标一并列入质量指标才是完整的。 因为，如果产品不可靠，即使其技
7、术性能再好也得不到发挥。从某种 意义上说，可靠性可以综合反映产品的质量。 上一页返回 学习任务二 认识抗干扰技术 干扰是指对系统的正常工作产生不良影响的内部或外部因素。 机电一体化系统的干扰因素包括电磁干扰、温度干扰、湿度干扰、声 波干扰和振动干扰等。 1.形成干扰的三个要素 (1)干扰源 产生干扰信号的设备被称为干扰源，如变压器、继电器、微波设备、 电机、无绳电话和高压电线等都可以产生空中电磁信号。 (2)传播途径 传播途径是指干扰信号的传播路径。传播途径是干扰扩散和无所不在 的主要原因。 下一页返回 学习任务二 认识抗干扰技术 (3)接收载体 根据干扰的定义可以看出，信号之所以是干扰是因为
8、它对系统会造成 不良影响，反之，不能称其为干扰。从形成干扰的要素可知，消除三 个要素中的任何一个，都可以避免干扰。抗干扰技术就是针对三个要 素的研究和处理。 2.电磁干扰的种类 按干扰的耦合模式分类，电磁干扰分为以下5种类型。 (1)静电干扰 (2)磁场耦合干扰 (3)漏电耦合干扰 上一页 下一页返回 学习任务二 认识抗干扰技术 (4)共阻抗干扰 如图6 -5所示的串联接地方式，由于接地电阻的存在，三个电路的接 地电位明显不同。当I1(或I2 、 I3)发生变化时，A, B, C点的电位随之 发生变化，导致各电路的不稳定。 (5)电磁辐射干扰 3.干扰存在的形式 在电路中，干扰信号通常以串模干
9、扰和共模干扰形式与有用信号一同 传输。 (1)串模信号 上一页 下一页返回 学习任务二 认识抗干扰技术 在机电一体化系统中，被测信号是直流(或变化比较缓慢的)信号，而 干扰信号经常是一些杂乱的波形并含有尖峰脉冲，如图6 -7(c)所示。 图6-7中Us表示理想测试信号，Uc表示实际传输信号，Ug表示不规则 干扰信号。干扰可能来自信号源内部图6-7(a)，也可能来自于导 线的感应图6 -7(b)。 (2)共模干扰 共模干扰往往是指同时加载在各个输入信号接口端的共有的信号干扰 。图6-8所示的电路中，检测信号输入A/D转换器，A/D转换器的两个 输入端上即存在公共的电压干扰。 上一页 下一页返回
10、学习任务二 认识抗干扰技术 提高抗干扰的措施最理想的方法是抑制干扰源，使其不向外产生干扰 或将其干扰影响限制在允许的范围之内。 抑制干扰的措施很多，主要包括屏蔽、隔离、滤波、接地和软件处理 等方法。 (1)屏蔽 屏蔽是指利用导电或导磁材料制成的盒状或壳状屏蔽体，将干扰源或 干扰对象包围起来，从而割断或削弱干扰场的空间耦合通道，阻止其 电磁能量的传输。按需屏蔽的干扰场的性质不同，可分为电场屏蔽、 磁场屏蔽和电磁场屏蔽。 电场屏蔽是为了消除或抑制由于电场耦合引起的干扰。 上一页 下一页返回 学习任务二 认识抗干扰技术 如图6-9所示的变压器，在变压器绕组线包的外面包一层铜皮作为漏 磁短路环。 在如
11、图6-10所示的同轴电缆中，为防止信号在传输过程中受到电磁干 扰，在电缆线中设置了屏蔽层。 (2)隔离 隔离是指把干扰源与接收系统隔离开来，使有用信号正常传输，而干 扰耦合通道被切断，达到抑制干扰的目的。常见的隔离方法有光电隔 离、变压器隔离和继电器隔离等方法。 光电隔离。 上一页 下一页返回 学习任务二 认识抗干扰技术 光电隔离是以光作为媒介在隔离的两端之间进行信号传输，所用的器 件是光电耦合器。由于光电耦合器在传输信息时，不是将其输入和输 出的电信号进行直接耦合，而是借助于光作为媒介物进行耦合，具有 较强的隔离和抗干扰能力。图6-11 (a)所示为一般光电耦合器组成的 输入/输出线路。 变
12、压器隔离。 对于交流信号的传输，一般使用变压器隔离干扰信号的办法。隔离变 压器也是常用的隔离部件，用来阻断交流信号中的直流干扰和抑制低 频干扰信号的强度，如图6-11(b)所示的变压器耦合隔离电路。 上一页 下一页返回 学习任务二 认识抗干扰技术 图6-12所示为一种带多层屏蔽的隔离变压器。 继电器隔离。 继电器线圈和触点仅有机械上的联系，而没有直接的电的联系，因此 可利用继电器线圈接收电信号，而利用其触点控制和传输电信号，从 而可实现强电和弱电的隔离(如图6-13所示)。 (3)滤波 滤波是抑制干扰传导的一种重要方法。 常用滤波器根据其频率特性又可分为低通、高通、带通、带阻滤波器 。 上一页
13、 下一页返回 学习任务二 认识抗干扰技术 在机电一体化系统中，常用低通滤波器抑制由交流电网侵入的高频干 扰。图6-14所示为计算机电源采用的一种LC低通滤波器的接线图。 图6-15所示电路中，图6-15(a)所示为触点抖动抑制电路，对抑制各 类触点或开关在闭合或断开瞬间因触点抖动所引起的干扰是十分有效 的。图6-15(b)所示电路是交流信号抑制电路，主要用于抑制电感性负 载在切断电源瞬间所产生的反电势。这种阻容吸收电路可以将电感线 圈的磁场释放出来的能量转化为电容器电场的能量储存起来，以降低 能量的消散速度。图6-15(c)所示电路是输入信号的阻容滤波电路，类 似的这种线路既可作为直流电源的输
14、入滤波器，也可作为模拟电路输 入信号的阻容滤波器。 上一页 下一页返回 学习任务二 认识抗干扰技术 如图6-16所示为一种双T形带阻滤波器，可用来消除工频(电源)串模干 扰。 5.正确接地在抗干扰中的作用 接地系统又分为保护地线、工作地线、地环路和屏蔽接地4种。 (1)地的分类 信号地。 信号地(SG )是各种物理量的传感器和信号源零电位以及电路中信号 的公共基准地线(相对零电位)。 上一页 下一页返回 学习任务二 认识抗干扰技术 模拟地。 模拟地(AG)是系统中模拟电路零电位的公共基准地线。如图6-17为所 示模拟地和数字地。 数字地。 数字地(DG)是系统中数字电路零电位的公共基准地线。
15、悬浮地。 悬浮地(FG)是系统中部分电路的地与整个系统的地不直接连接，而是 通过变压器藕合或者直接不连接，处于悬浮状态。 其优点是该电路不受系统中电气和干扰的影响;缺点是该电路易受寄 生电容的影响，而使该电路的地电位变动和增加对模拟电路的感应干 扰。 上一页 下一页返回 学习任务二 认识抗干扰技术 在图6-18所示的VDD-SGND的电源供电系统中，所有工作点相对的 地都是SGND，但是SGND和DGND之间的电平处于悬浮状态，VDD- SGND的电源供电的系统与整个系统的连接完全通过变压器藕合，在 这里设计的时候需要注意信号的连接方式。 电源地。 电源地是系统电源零电位的公共基准地线。 功率
16、地。 功率地是负载电路或功率驱动电路的零电位的公共基准地线。 (2)一点接地 上一页 下一页返回 学习任务二 认识抗干扰技术 如图6-19所示是并联一点接地方式。这种方式在低频时是最适用的， 因为各电路的地电位只与本电路的地电流和地线阻抗有关，不会因地 电流而引起各电路间的耦合。这种方式的缺点是，需要连很多根地线 ，用起来比较麻烦。 (3)多点接地 如图6 - 20所示，各接地点就近接于接地汇流排或底座、外壳等金属 构件上。 (4)地线的设计 机电一体化系统设计时要综合考虑各种地线的布局和接地方法。图6- 21所示是一台数控机床的接地方法。 上一页 下一页返回 学习任务二 认识抗干扰技术 6.软件抗干扰设计 (1)软件滤波 用软
