Забезпечення діагностованості аналогових пристроїв перетворення сигналів на етапі автоматизованого проектування

 

 

У вступі викладена загальна характеристика роботи, обгрунтовані актуальність і важливість питань, розглянутих у дисертаційній роботі, визначені мета і задачі дослідження, сформульовані основні наукові положення, які виносяться на захист та практична цінність роботи.

Перший розділ присвячений аналізу особливостей пристроїв перетворення сигналів, дослідженню методів їх схемотехнічного проектування й діагностування, а також аналізу існуючих програмних засобів для проектування й діагностування.

ППС являють собою складні нелінійні пристрої, що характеризуються великим розкидом постійних часу й змушеним періодичним режимом роботи. Діючі зовнішні чинники, які змінюються в широкому діапазоні, мають комплексний характер. При цьому розроблений пристрій повинен мати високу надійність. Одним із засобів підвищення надійності є розробка методів прогнозування відмов РЕЗ і діагностування до рівня електрорадіоелемента як на етапі виробництва, так і на етапі експлуатації.

Дослідження типових процесів схемотехнічного проектування РЕЗ показує, що сучасна методика проектування ППС не забезпечує їх діагностованість, ускладнюючи виявлення несправностей у процесі виробництва й експлуатації. Вчасно невиявлені дефекти на наступних етапах можуть викликати появу вторинних, ще більш «дорогих» дефектів. «Дорогими» є також приховані дефекти, які звичайно виявляються або на періодичних іспитах відібраної партії виробів, або лише при експлуатації.

Методи виявлення несправностей, які засновані на процедурах моделювання після перевірки схеми, дають більш точні результати. Найбільш імовірні оцінки надійності і якості РЕЗ можна отримати в нинішній час імітаційним моделюванням з використанням ідентифікаційного підходу. Але при використанні моделі квадратичного програмування такий метод вимагає більшого обсягу оперативних обчислень. Однак, у зв'язку з швидким розвитком обчислювальної техніки, цей недолік стає не настільки істотним.

Дослідження математичного забезпечення сучасних САПР РЕЗ і систем діагностування показало, що воно включає методи розв'язання систем інтегро-диференційних рівнянь із змінним кроком і порядком, методи розв'язання систем нелінійних рівнянь, методи розв'язання систем лінійних алгебраїчних рівнянь, що враховують розріджуваність математичної моделі схеми. Аналіз існуючих програмних пакетів схемотехнічного моделювання показав, що вони дозволяють розраховувати широкий клас електричних схем у статичному режимі, частотній і часовій областях, розраховувати функції чутливості вихідних характеристик до зміни внутрішніх параметрів схеми, а деякі з них, наприклад, Design Lab, проводити й оптимізацію вихідних характеристик.

Дослідження й аналіз існуючих автоматизованих систем діагностування РЕЗ показав, що в них здебільше акцент робиться на виміри. Звідси велика складність вимірювальних приладів і контактних пристроїв, великий перелік характеристик, що вимірюються, значна кількість вимірів. Недоліком таких систем також є неможливість діагностування поступових відмов через орієнтацію лише на контроль працездатності приладів і спрямування на виявлення дефектів в основному у вигляді обривів та коротких замикань.

На відміну від цифрової апаратури, для аналогових ППС відсутні сучасні методи й засоби забезпечення діагностованості, придатні для прямого й ефективного використання на стадії проектування, разом з широко впровадженими САПР, та самого діагностування ППС на стадіях виробництва і експлуатації, з урахуванням впливу зовнішніх чинників.

Другий розділ присвячений розробленню методу забезпечення діагностованості на етапі проектування ППС, який дозволяє здійснювати аналіз їх вихідних характеристик з наступним визначенням технічного стану до рівня комплектуючого елементу як на стадії виробництва, так і на стадії експлуатації ППС. Блок-схема автоматизованого проектування ППС приведена на рисунку 1.

На етапі проектування вирішується задача забезпечення діагностованості ППС. За розробленими принциповою електричною схемою та конструкцією (блок 1) розраховуються вихідні характеристики (блок 2) з метою вибору ефективних стимульованих сигналів і вихідних характеристик, які достатні для однозначного визначення всіх параметрів елементів, що діагностуються (блок 3).

При діагностуванні пристроїв перетворення сигналів на етапі виробництва (блок 5) і етапі експлуатації (блок 9) за допомогою контрольно-вимірювальної апаратури задаються стимульовані сигнали й вимірюються вихідні характеристики (блок 7). Граничні допустимі значення параметрів елементів на етапі виробництва визначаються через номінальні значення параметрів елементів і технологічні допуски. Граничні значення параметрів елементів на етапі експлуатації залежать від температури елементів і часу експлуатації і розраховуються через відбракувальні допуски (блок 10).

Після цього результати вимірів разом з граничними допустимими значеннями параметрів елементів вводяться до ЕОМ і, за закладеною програмою, визначаються дійсні значення параметрів елементів (блок 8).

Отримані дійсні значення параметрів елементів порівнюються з допустимими (блок 11) і видається рішення про наявність або відсутність дефекту (блок 12).

Якщо дефект є (блок 6), то визначається елемент, параметр якого вийшов за межі допуску та виробляються рекомендації про його заміну або регулювання. Якщо всі елементи пристрою перетворення cигналів не мають дефектів і знаходяться в допустимих межах, то його технічний стан визначається як справний (блок 13).

При розробці алгоритму аналізу вихідних характеристик ППС на основі його схеми вирішені питання вибору методу формування аналітичної моделі й базису незалежних змінних, а також вибору ефективних чисельних методів вирішення системи математичних співвідношень, які описують аналітичну модель з урахуванням її особливостей. У роботі для розрахунку функцій параметричної чутливості вихідних характеристик ППС до зміни параметрів елементів використаний метод спряженої моделі, який має мінімальну трудомісткість.

Забезпечення діагностованості є проектною задачею, яка вирішується, починаючи з перших стадій схемотехнічного проектування. В протилежному випадку знижується ефективність діагностування й збільшуються витрати, пов'язані з можливими доробками схеми та конструкції.

Діагностованість ППС