Санкт – Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

Кафедра ИИСТ

Курсовая работа по дисциплине

«Надежность и качество средств ИИТ»

на тему:

«Расчет надежности блока проектируемого измерительного устройства»

Вариант 4-2

Выполнил:

группа

Проверила:

Санкт – Петербург

201

Цель работы: Закрепить изучаемый материал, полученный на лекционных занятиях. Привить навыки оценки надежности и качества проектируемых средств ИИТ. Выработать умение анализировать полученные результаты и принимать по ним обоснованные инженерные решения.

Задание на работу: Для заданной схемы блока измерительного устройства (генератора прямоугольных импульсов, рис. 1) обеспечить время безотказной работы (с учетом внезапных и постепенных отказов) в один год с вероятностью P=0.98. Режим работы блока непрерывный круглосуточный. Условия эксплуатации нормальные. В среде графического программирования LabVIEW реализовать блок расчета схемы генератора прямоугольных импульсов.

R1

R2

R3

C

Uвых

-

ОУ

+

Описание устройства:

Релаксационный генератор (мультивибратор) -генератор колебаний, в нашем случае генератор прямоугольных импульсов (меандра).

Данный генератор прямоугольных импульсов реализован по схеме Автоколебательного мультивибратора.

Активный элемент схемы – операционный усилитель , включенный (работающий) режиме компаратора. Данная схема имеет положительную обратную связь , с выхода через делитель R2 и R3 на положительный вход ОУ. Положительная связь используется как в триггере Шмитта для создания порога. На отрицательный вход подается напряжение так же с выхода, которое проходит через RC цепочку.

С и R1(RC – цепь) служат в схеме как времязадающий элемент. Каждый раз, когда напряжение на конденсаторе достигает порога (значения напряжения на отрицательном входе), напряжение на выходе изменяется на противоположное и процесс повторяется снова поменяв полярность

Такие генераторы используются для задания сигнала, определенной амплитуды и формы.

Расчет схемы

Основные формулы для расчета схемы:

(при заряде конденсатора)

После подставления исходных значений получим следующие результаты:

Рассчитаем схему с использованием LabView.

Результаты расчетов совпадают.

Рассчитаем минимальное и максимальное значения Частоты генерации F, считая, что указанная в задании относительная погрешность всей схемы, т. е. относительная погрешность F.

Выбор элементов:

Выбираем элементы C1, R1, R2, R3 и ОУ как элементы поверхностного монтажа.

Даная схема рассчитана на работу ОУ с двух полярным питанием. На выходе схемы образуется сигнал с амплитудой +Uпит до –Uпит.

Операционный усилитель TL072

В корпусе микросхемы находятся два ОУ, т.к у нас в схеме только один ОУ , будем использовать только один ОУ из микросхемы.

Расчет погрешности элементов с использованием LabView.

Резисторы и конденсаторы следует выбирать по номиналу из условия, что при подстановки в формулу для частоты генерации элементов с максимальной погрешностью, значение частоты не выйдет за границы и, так же следует учитывать нагрузку на них.

Исходная погрешность всей схемы

< <Гц

При погрешности элементов 1%

2113<<2200 Гц

Корпус резисторов и конденсаторов выберем самый распространенный 0805.

Резисторы в этом корпусе рассчитаны на 0.25 Вт

ERJ6BQF, 5.1 кОм 0,25 Вт 1% чип-резистор 0805

ERJ6BQF 8.2 кОм 0,25 Вт 1% чип-резистор 0805

ERJ6BQF, 18 кОм 0,25 Вт 1% чип-резистор 0805

Керамический конденсатор на предельное напряжение 50 В.

GRM216R71H273K 0.027мкФ 50В 1% Кер.ЧИП конд.

Разъемы

PLS-2, PLS-3

Расчет надежности при внезапных отказах аналитическим методом

Приведем основные формулы для расчета параметров схемы.

Общие интенсивности отказов вычисляются следующим образом:

Где - поправочный коэффициент;- Интенсивности отказов группы элементов.- количество элементов в группе

Что бы найти вероятность безотказной работы используем следующее выражение:

Найдем из справочника: «Сборник задач по теории надежности. Под ред. А.М. Половко и И. М. Маликова М., Изд-во Советское радио 1972» интенсивности отказов для каждой группы элементов и поправочные коэффициенты

Наименование	Количество	, 1/ч E-6	,1/ч E-6	,1/ч E-6
Резисторы	3		0.03	0.07	0.13
Конденсатор	1		0.1	0.213	0.05
Операционный усилитель			0.5	0.84	0.18
Пайка	18		0.015	0.12	1
Разъемы	2		0.25	0.4	1

Количество элементов и паек находим из сборочного чертежа, который приведен в приложении.

Введем найденные данный в разработанный ВИ в программе LabView.

Результат выполнения программы:

Расчет надежности по внезапным отказам методом статистического моделирования

Метод статистического моделирования надежности основан на методе Монте – Карло. Суть этого метода состоит в использовании данных предыдущего опыта для оценки возможных ситуаций в будущем. Принципиальная особенность метода состоит в том, что влияние различных случайных факторов в процессе опыта учитывается не расчетным, а игровым способом. В качестве универсального механизма случайного выбора используется совокупность случайных чисел, равномерно распределенных в интервале (0 – 1), которые вырабатываются датчиком случайных чисел. Случайные числа используются для получения дискретного ряда случайных переменных, имитирующих результаты, которые можно было бы ожидать в соответствии с вероятностным распределением, полученным на основании предыдущего опыта. При применении такого метода получаются результаты, типичные для фактического поведения исследуемой системы.

Если мы располагаем совокупностью равномерно распределенных случайных величин γ_i (i = 1, 2... , n) в интервале (0 – 1), вырабатываемых датчиком случайных чисел, и, если требуется реализовать случайную величину t, распределенную по экспоненциальному закону с известным значением λ:

Тогда, очевидно,

Методика решение задачи оценки надежности методом статистического моделирования системы сводится к следующему: заданный интервал времени T разбивается на равные промежутки

∆t=T/k

и для каждого ∆t определяется состояние каждого элемента системы в соответствии с принятыми законами распределения времени безотказной работы. Эта информация используется для определения рабочих состояний изделия, соответствующих рассматриваемому промежутку времени ∆t. Все состояния системы нумеруются в порядке убывания показателей надежности. Затем фиксируется состояние с наименьшим номером, т.е. выбирается состояние системы с наилучшей по надежности комбинацией исправных элементов. Аналогично этот процесс повторяется для следующего промежутка времени и так далее. Многократное повторение этого процесса для каждого ∆t позволяет получить оценку для вероятности исправного j-го состояния Pj (t) в момент времени t, принадлежащему T. В результате анализа процесса функционирования системы из множества различных M состояний выделяется только k состояний, удовлетворяющих требованиям нормального функционирования системы. Исходя из этого, определяется вероятность безотказной работы системы в течение времени t<T: