РЕГУЛЬОВАНИЙ СТАБІЛІЗАТОР СТРУМУ/НАПРУГИ

Таким чином маємо  загальні інтенсивності відмов функціональних вузлів, вважаючи їх різними за типономіналами. Знайдемо вірогідність безвідмовної роботи кожного з вузлів за допомогою формули

 

, (2.7)

 

де  – табличне значення інтенсивності відмови (табл. 2.2);

=1000 годин.

Тоді для кожного  з функціональних вузлів згідно з (2.7) вірогідність безвідмовної роботи буде такою:

перший функціональний блок –  ;

другий функціональний блок –  ;

третій функціональний блок –  ;

четвертий функціональний блок – ;

п’ятий функціональний блок – ;

шостий функціональний блок – .

Визначимо значення коефіцієнта готовності безвідмовної роботи всього приладу за допомогою формули

 

, (2.8)

 

де T=1/λ_Σ;

T_В – час відновлення пристрою.

Згідно з (2.8) . Побудуємо графік залежності . Даний графік показаний на рисунку 2.1.

 

Рисунок 2.1 – Графік залежності

 

Знайдемо коефіцієнт оперативної готовності за допомогою  формули

 

. (2.8)

 

Згідно з (2.8) . Збудуємо графік залежності . Дане зображення графіку залежності показано на рисунку 2.2.

 

Рисунок 2.2 – Графік залежності

 

Вірогідність безвідмовної роботи всього пристрою буде визначатися за допомогою формули

 

. (2.10)

 

Згідно з (2.10) вірогідність безвідмовної роботи всього приладу . Графік залежності приведений на рисунку 2.4.

 

Рисунок 2.4 – Графік залежності

 

В даному розділі був  проведений орієнтовний розрахунок надійності серед складових частин пристрою, який показав, що початкові дані, такі як: коефіцієнт оперативної готовності – , вірогідність безвідмовної роботи – , менше за розраховані значення цих показників, тобто розрахунок на даному етапі ведеться правильно. Були побудовані графіки вірогідності безвідмовної роботи, коефіцієнтів готовності та оперативної готовності.

 

3 УТОЧНЮЮЧИЙ РОЗРАХУНОК НАДІЙНОСТІ ОДНОГО З ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ВУЗЛІВ

3.1 Початкові дані і попередній аналіз

 

Метою уточнюючого розрахунку є: найбільш повна та точна оцінка показників безвідмовності (а на її основі інших показників) за рахунок більш адекватної імовірнісної моделі розподілу напрацювання до відмови та більш повного врахування факторів, які впливають на безвідмовність.

Початковими даними для  розрахунку є:

1. Принципова схема  пристрою, що дозволяє розрахувати  електричний режим будь-якого  елементу схеми;

2. Специфікація комплектуючих  елементів;

3. Температура навколишнього середовища;

4. Умови експлуатації.

Проведемо попередній якісний аналіз принципової схеми, якій дозволить виявити :

– елементи, які мають незмінну інтенсивність відмов;

– елементи, які схильні  деградаційним процесам і старінню;

– елементи, які схильні при експлуатації зносу;

– ту частину принципової схеми, яка пов’язана зі зміною визначального параметра за рахунок тимчасового дрейфу параметрів елементу.

Для уточнюючого розрахунку виберемо ФВ №5, який складається з  трьох резисторів – R4, R6 і R10 и одного полярного конденсатору – С11, причому резистор R10 є змінним. Згідно з вищепереліченим робимо висновок, що в даному ФВ є два елементи, які мають залежність λ(t) – це полярний конденсатор С11 та змінний резистор R10. Тобто два елементи мають залежність λ(t) (С11, R10), а два – λ=const (R4, R6).

 

3.2 Уточнений розрахунок ПН при постійних інтенсивностях відмов

 

Для кожного елемента схеми визначається уточнене значення інтенсивностей відмов за формулою

 

, (3.1)

 

де  – базове значення інтенсивності відмови даного типу елементу для нормальних кліматичних умов и нормального електричного режиму;

 – коефіцієнти, які враховують  умови и режими експлуатації  конструкції і т.д.

Методики визначення значень и приведені в [2] та інших нормативних документах. Згідно з пунктом 3.1, маємо два електричні елементи, які мають постійну інтенсивність відмов. Зробимо уточнений розрахунок інтенсивностей відмов цих двох елементів, згідно з [2], та користуючись формулою (3.1). Так, можна вважати, що ці два резистори є однотипними, та їх інтенсивності відмов будуть рівними. Тоді для R4 та R6 уточнене значення інтенсивності відмови буде розраховуватись за допомогою однієї і тієї ж формули

 

, (3.2)

 

де  – сумарна інтенсивність раптових і поступових відмов;

коефіцієнти K – справочні поправні коефіцієнти.

Для незмінного бездротового резистору значення інтенсивності відмови наступна: 1/год. Значення коефіцієнту визначається за наступною формулою

 

, (3.3)

 

 

де A=26, B=5,078, N_T=343, G=9,278, N_S=8,78, J=1, H=0,886, P/P_H=0,8;

t – температура, при якій прилад функціонує виправно, в даному випадку для обох випадків t=35ºC.

Згідно з (3.3) 0,873. Також значення інших коефіцієнтів: =1, , =0,7, =2,5, =1 та =1 [2]. Загальна уточнена інтенсивність відмови знаходиться так

 

. (3.4)

 

Згідно з (3.4) уточнене значення інтенсивності відмови  –  1/год.

Залежність  зображений на рисунку 3.1. Значення .

 

Рисунок 3.1 – Графік залежності

 

3.3 Уточнений розрахунок ПН при деградаційних відмовах

 

При деградаційних відмовах, які властиві більшості елементів  сучасної ЕА, необхідно користуватись DN – розподілом напрацювань до відмови елемента. Так, у ФВ №5 є тільки два елементи, для котрих λ(t) – це конденсатор С11 та резистор змінний R10. За допомогою формули (3.1) та [2], знаходимо уточнені інтенсивності відмов для конденсатора та змінного резистору. Для конденсатора C11

 

, (3.5)

 

де λ₀=0,01·10^-6 1/год.

Значення коефіцієнтів вибираються згідно з [2]. Для визначення K_P скористаємось формулою

 

, (3.6)

 

де A=9,88, B=16, N_T=358, G=1, N_S=0,4, D=8, U/U_H=0,8.

Згідно з (3.6) 0,846.

Коефіцієнт  знаходимо за допомогою формули

 

, (3.7)

 

де С – в пФ.

Згідно з (3.7), при С=10⁷ пФ 3,82. K_t=1, K_П=1, K_З=1. Згідно з (3.5) маємо таку величину – 0,03231·10^-6 1/год.

Для змінного резистора R10

 

, (3.8)

 

де λ₀=0,01·10^-6 1/год.

 

Коефіцієнт K_P розраховується за наступною формулою

 

, (3.9)

 

де A=39,9, B=15,419, N_T=343, G=9,8965, N_S=31,67, J=1,31, H=0,6012, P/P_H=0,8.

Згідно з (3.9) 1,098. Значення інших поправочних коефіцієнтів наступні: K_З=2, K_R=1,0, K_СЛ=K_КО=1, K_M=1,5, K_СТ=5, K_S=1,2.

Тоді згідно з (3.8) значення 0,1979·10^-6 1/год. По формулі (3.4) 0,2299·10^-6 1/год. Але дані електричні елементи схильні до деградаційних відмов, а ці відмови підкоряються DN – розподілу, який має два параметри: параметр μ – параметр масштабу DN – розподілу; ν – коефіцієнт варіації, який для нашого випадку ν=1. Розрахуємо параметр масштабу

 

, (3.10)

 

де коефіцієнти T_0j – середнє напрацювання електрорадіоелементів до відмови, яке залежить від значень .

Користуючись малюнком 3.2, та прийнявши t_H=2·10⁴ годин, для змінного резистору маємо T_{0 R10}=2,8·10⁵ годин, а для полярного конденсатору T_{0 С11}=3,6·10⁵ годин. Тоді згідно з (3.10) будемо мати μ=2,21·10⁵ годин. Вірогідність відмов при DN – розподілу

 

, (3.11)

 

де F(t) – функція, яка знаходиться за формулою

 

, (3.12)

 

 

де Ф – функція Лапласа.

Але (3.12) для розрахунків не зручна, тому переходять к нормованому коефіцієнту x=t/μ, підставляють його до (3.12), і отримують

 

. (3.13)

 

А потім користуються спеціальними таблицями [1], в котрих приведені значення F(x). Користуючись [1], (3.13) та пам’ятаючи, що t_H=2·10⁴ годин та μ=2,21·10⁵ годин, розрахуємо і складемо таблицю залежності P_УТII(t). Ці значення приведені у таблиці 3.1.

 

Малюнок 3.2 – Залежність середнього напрацювання до відмови

 

Таблиця 3.1 – Залежність вірогідності відмови P_УТII при уточненому розрахунку від часу t

№ з/п	t, годин	x=t/μ	F(x)	PУТII(t)=1-F(t)
1	0	0	0	1
2	22 100	0,1	0,00408	0,99592
3	44 200	0,2	0,06375	0,93625
4	66 300	0,3	0,16573	0,83427
5	88 400	0,4	0,27061	0,72939
6	110 500	0,5	0,36498	0,63502
7	132 600	0,6	0,44638	0,55362
8	154 700	0,7	0,51574	0,48426
9	176 800	0,8	0,57472	0,42528
10	198 900	0,9	0,62502	0,37498
11	221 000	1	0,6681	0,3319

 

Графік залежності F(t) зображений на рисунку 3.3. Залежність F(t) є залежністю вірогідності відмови виробу від часу. Графік залежності P_УТII(t) при уточненому розрахунку приведений на рисунку 3.4.

Значення P_УТII(t_б.р.)≈0.9999.

 

Рисунок 3.3 – Графік залежності F(t)

 

Рисунок 3.3 – Графік залежності P_УТII(t) при уточненому розрахунку

 

3.4 Узагальнення результатів уточненого  розрахунку

 

На основі проведених розрахунків у попередніх пунктах, зробимо загальні розрахунки всього ФВ №5 з точки зору уточненого розрахунку. Так, для всього ФВ вірогідність безвідмовної роботи

 

. 

 

Графік залежності вірогідності безвідмовної роботи всього ФВ №5 приведений на рисунку 3.4, яка буде визначатися так

 

. 

 

Малюнок 3.4 – Графік залежності безвідмовної роботи всього ФВ №5 при уточненому розрахунку

 

На даному етапі був проведений уточнюючий розрахунок інтенсивностей відмов для ФВ №5 для елементів з λ=const і λ(t). Для кожного елемента в цьому ФВ були визначені інтенсивності відмов, а також побудовані графіки залежності вірогідності безвідмовної роботи від часу. Для елементів, які схильні деградаційній відмові інтенсивності відмов більше, ніж для тих елементів які мають раптову відмову. Це свідчить про те, що елементи з λ(t) виходять з ладу скоріше за елементи з λ=const.

 

4 РОЗРАХУНОК ПОЛІВ ДОПУСКУ НА  ВИЗНАЧАЮЧИЙ ПАРАМЕТР ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ВУЗЛУ

 

Розрахунок полів допусків на визначаючий параметр будемо проводити  для ФВ №5, який є резистивним  дільником, який задає вихідну напругу  за допомогою змінного резистору R10. Визначаючим параметром для цього ФВ буде коефіцієнт передачі по напрузі. Моделювання роботи даної схеми будемо проводити в системі Electronics Workbench 5.0c. Цей коефіцієнт буде визначатися наступним чином

 

, (4.1)

 

де U_ВИХ=10 В, U_ВХ=12 В.

Тоді згідно з (4.1) K=0,83, тобто номінальне значення y₀=0,82. Даний коефіцієнт передачі є функцією чотирьох змінних

 

, 

 

де y – визначаючий параметр.

Визначаючий параметр розраховується за допомогою наступної формули

 

, (4.2)

 

де y₀ – номінальне значення визначаючого параметру.

Знайдемо залежність визначаючих параметрів від первинних параметрів за допомогою формули