CC BY
53
Иванов И.А., Увайсов С.У., Абрамешин А.Е.
Москва, МИЭМ
КОНТРОЛЕПРИГОДНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ С РЕЛЕЙНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ
Существенно возросшая сложность электронных средств (ЭС), расширение круга решаемых задач и повышение требований к ним вызвала необходимость совершенствования подходов к техническому диагностированию .
Диагностирование технического состояния ЭС в процессе производства и эксплуатации включает в себя множество трудоемких операций, связанных с контролем различных параметров устройства. Эффективность процессов контроля и диагностирования в данном случае напрямую зависит от уровня обеспечения контролепригодности. При этом, если для цифровых узлов ЭС существуем множество методов обеспечения контролепригодности, то для аналоговых устройств данные вопросы до сих пор являются недостаточно проработанными.
Из опыта эксплуатации ЭС систем известно также, что значительная часть отказов (около 30%) приходится на электронное оборудование системы электропитания. Таким образом, весьма актуальным является вопрос обеспечения контролепригодности устройств вторичного электропитания (УВЭП), в состав которых преимущественно входят аналоговые элементы.
Процесс локализации неисправности в УВЭП связан не только с потерей времени, но и требует участия обслуживающего персонала высокой квалификации. Обеспечение контролепригодности данного класса аппаратуры позволит значительно сократить временные и финансовые затраты на контроль и диагностирование, а также снизит планку требований к обслуживающему персоналу.
В работе предлагается обеспечивать контролепригодность в соответствии с методом (рисунок 1) [1,3], который основан на внедрении этапов электрического, теплового и механического диагностического моделирования относительно заданного набора элементов с однозначно заданной глубиной диагностирования до элемента.
Рисунок 1 - Укрупненная схема метода проектированияконтролепригодных УВЭП
Входными данными этапа диагностического моделирования служат электрическая (F3), тепловая(Ft) и механическая (Fm) модели, перечень контрольных точек (N), тестовых воздействий (Ф), а также список возможных дефектов. Диагностическое моделирование проводится относительно набора диагностируемых элементов, отвечающих требованию по полноте контроля.
Результатом диагностического моделирования является электронный диагностический справочник, включающий в себя значения измеряемых характеристик в контрольных точках при различных видах дефектов. Диагностическое моделирование может проводиться в несколько итераций, до тех пор, пока требования по контролепригодности не будут выполнены.
В качестве объекта исследования выбрано устройство вторичного электропитания (УВЭП ВАИШ 436634). Особенность УВЭП как объекта диагностирования вытекает непосредственно из особенностей его схемотехнической реализации.
В соответствии с техническим заданием в программе электрического моделирования MicroCap разработана электрическая модель устройства вторичного электропитания (рисунок 2), удовлетворяющая основным требованиям по выходным характеристикам.
Применяемый метод [1,3], в основном, направлен на обеспечение диагностируемости аналоговой аппаратуры. Следовательно, необходимо предусмотреть для данной схемы возможность перехода в режим работы без цифровой части (тестовый режим). Тестовый вариант схемы представлен на рисунок 3. В данной схеме путем подключения дополнительного источника напряжения(V3), вместо цифровых элементов, обеспечивается выходная характеристика 5 В. Данный вариант схемы не приспособлен для выполнения своих основных функций, но позволяет проанализировать ее аналоговый вариант, а также провести диагностирование в частотной области и статическом и динамическом режиме работы.
Для полученной тестовой схемы сформируем набор диагностируемых элементов с использованием соответствующего модуля программного комплекса T-Designing (рисунок4) [1]. В основе данного процесса лежит анализ значений чувствительности [1,3], расчет которых осуществляется математическим аппаратом программы Spice.
Рисунок 4 - Расчет вероятности отказа и коэффициента значимости
Ранжировка элементов проводится по рассчитанному коэффициенту значимости, из которого, в соответствии с требованием по Кпп=60%, формируется набор диагностируемых параметров.
Относительно имеющегося набора диагностируемых элементов и для рассматриваемого набора возможных дефектов проведем электрическое диагностическое моделирование в программе DiaEl (рисунокБ) и сформируем справочник неисправностей. Первоначально рассмотрим одну контрольную точку, выход схемы, и на вход схемы подадим тестовое воздействие 24 В.
Данный тестовый сигнал при снятии показаний с выхода схемы не позволяет однозначно выявить весь перечень дефектов и, соответственно, обеспечить контролепригодность.
Рисунок 5 - Электрическое диагностическое моделирование в программе DiaEl
Для повышения уровня контролепригодности сформируем дополнительный перечень тестовых воздействий .
Рассмотрим возможные тесты для стационарного режима работы. Для этого построим вход-выходную характеристику, которая для данной схемы имеет вид, представленный на рисунокб:
В соответствии с [2,4] определяем нелинейные участки характеристики. Для этого сравниваем угол наклона на соседних участках характеристики.
Из таблицы 1 видно, что вход-выходная характеристика нелинейная на участке от 4,5 до 5,5В. Поэтому в качестве тестов необходимо брать входное напряжение из этого участка.
Определение нелинейности характеристики Таблица 1
Вход Выход Коэффициент нелинейности
1,00E-02 1 38E-02 1 04977
5,00E-01 4 81E-01 1 07181
1,00E+00 9 47E-01 1 07319
1,50E+00 1 41E+00 1 07296 линейный
2,00E+00 1 88E+00 1 07527
2,50E+00 2 34E+00 1 07991
3,00E+00 2 81E+00 1 08225
3,50E+00 3,27E+00 1,09409
4,00E+00 3,73E+00 1,12613
4,50E+00 4,17E+00 1,70068
5,00E+00 4,46E+00 26,31579
5,50E+00 4,48E+00 29,41176
6,00E+00 4,50E+00 31,25000 линейный
6,50E+00 4,52E+00 29,41176
7,00E+00 4,53E+00 31,25000
7,50E+00 4,55E+00 31,25000
8,00E+00 4,57E+00 31,25000
8,50E+00 4,58E+00 31,25000
9,00E+00 4,60E+00 31,25000
9,50E+00 4,61E+00 2,05940
В качестве генератора входных воздействий используется источник питания постоянного тока Б5-48 с шагом генерации 0,1В. Исходя из этого, выбираются тесты на полученном диапазоне нелинейного участка.
Данный перечень тестовых воздействий позволяет однозначно диагностировать все рассматриваемые дефекты.
При расширении перечня возможных дефектов необходимо дополнительно рассмотреть схему в частотной области, а если потребуется, то подобрать тесты в динамическом режиме.
В результате проведенного эксперимента сформирован набор эффективных тестовых воздействий и соответствующий им справочник характерных неисправностей.Было показано, что применение метода контролепригодного проектирования [1,3] разработанного позволило снизить времени диагностирования УВЭП на 70 процентов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Иванов И. А. Метод автоматизированного проектирования контролепригодных электронных средств /Дисс. канд. техн. наук. - М.: МИЭМ, 2011.
2. Иванов И.А., Увайсов С.У, Кошелев Н.А. Формирование наборов тестовых сигналов для контроля качества электронных средств космических аппаратов. Журнал «Качество. Инновации. Образование», № 11(78), 2011 г., с.84-88.
3. Увайсов С.У., Увайсов Р.И., Иванов И. А. Обеспечение контролепригодности радиоэлектронных средств в рамках CALS-технологий. Журнал «Качество. Инновации. Образование», № 1(68), 2011 г. с .43-46 .
4. Хацкевич О.П., Иванов И.А. Способ формирования тестов для диагностирования аналоговых схем.
Надежность и качество - 2011: труды Международного симпозиума: в 2 т./ под ред. Н.К. Юркова. -
Пенза: Изд-во ПГУ, 2011г. - 2 т. - с. 368-369.
