浅谈机电一体化控制系统可靠性的研究和分析

希志明

摘 要：机电一体化控制系统可靠性直接影响机电一体化产品的运行和功能发挥，进而影响人们的生产和生活。本文主要从机电一体化控制系统可靠性的基本内容、影响因素、提升措施等方面进行探讨和阐述。

关键词：机电一体化;控制系统;可靠性

概述

机电一体化控制系统发展至今已经成为了一种自动化程度高、构成要素复杂的有机系统。机电一体化设备广泛应用于工业生产和生活，一旦发生故障极有可能造成巨大的损失和影响。研究机电一体化控制系统的可靠性，是行业和企业共同的课题和任务。

1可靠性基本内容

机电一体化控制系统的可靠性直接影响着系统的正常运转，是产品或系统在标准条件内实现特定功能的能力体现，主要包括四方面的内容。

1.1产品

产品是对系统性能进行探索的活动主体，也是可靠性研究的对象，它可以是一套设备、一个零件或一个由若干零部件或设备组成的系统。

1.2规定的条件

所谓标准可以是具体的条件，比如温度、压力、载荷等;还可以是操作方法、维护手段或工作人员的自身能力等。标准条件的变化对系统的可靠性影响甚大，在机电一体化控制系统中对系统要素中的标准规定应严格执行，任何超越标准的反应都可能会引发相应的故障。

1.3规定时间

系统的可靠性是有时间界定的，在规定的时间内系统呈现出一定的目标可靠性;时间限定的差异，系统或产品的可靠性也有所不同。

1.4规定的能力

实现或达成一定的效果，完成所规定的能力结果是系统可靠性的终端体现。系统是否可靠就是指其实现规定的能力是否符合规定值，未能实现功能就称为失效，对于可修复的系统或短暂的失效也称之为故障。机电一体化控制系统类型多种多样，运行状态也千差万别，所需运行条件也不尽相同，对可靠性的要求自然会有所差别。

2影响可靠性的因素

机电一体化控制系统和设备的构成复杂，往往由多种机械结构和电子元器件组成，对其整体进行可靠性评价是极为困难，只能通过对一些具体故障的表现形式来分析。

2.1硬件逻辑故障

机电一体化控制系统的硬件逻辑故障，是指系统中一个或多个逻辑变量对于它们的设计特定值的偏离，即对给定的输入矢量或序列脉冲，不能给出正常的输出响应。虽然控制系统较为复杂，但可以划分为基本逻辑功能单元，一般可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两种。组合逻辑电路是指输出信号可以用它的输入信号的逻辑函数表示的逻辑电路;时序逻辑电路是指逻辑电路中某一时刻的输出值，它不仅依赖于本次加于它的输入端的信号，而且还依赖于先前加在该输入端的信号。

2.2软件故障

机电一体化控制系统的控制中软件部分占有十分重要的地位，占比也是越来越大，其故障的可靠性也日益受到人们的重视。控制系统的软件主要包括系统软件与应用软件两部分，其故障的表现形式也主要分为两种。

2.2.1系统软件是机电一体化控制系统为用户提供的一种计算环境和开发手段，包括了操作系统、编译和转换程序，其故障的发生往往是由于软件设计缺陷导致的。在系统软件的设计中，设计者由于对系统功能的掌握程度不足，设计目标构思考虑不全，从而在算法上、定义上或模块衔接上出现错误。这些错误一旦 存在，就不会消失。在某种运行环境下，这种设计错误就可能出现。正因为软件故障这种固有的特征，因 此要求软件设计从一开始就要有一个严格的计划和方案。

2.2.2应用软件中一部分是由设计阶段设计者根据系统要求固化在程序中，另一部分则是用户在使用设备 的过程中输入的内容。应用系统的故障主要出现在程序结构上，由于是人为输入，可能会出现编写或格式的错误，进而导致程序无法运行。这种故障的避免也比较简单，主要是严格对输入内容进行把关，并在系统的硬、软件上增加一些对应用软件的检查能，如防止输入出错的硬件奇偶校验电路，软件的自诊断或自测试功能等。

2.3干扰故障

2.3.1电气干扰。一般是指那些与信号无关的，在信号输入、传输和输出的过程中出现的一些不确定的、有害的电气变化现象。这些随机的、有害的电气变化现象使得数据的传输值、指示值或输出发生瞬态变化，增大误差、出现假象，甚至使装置的局部或整个系统出现异常的情况而引起故障，其表现形式是随机的，其存在形式则往往是一种电气瞬变脉冲。

2.3.2电磁干扰。机电一体化控制系统是由各种电磁元器件组成的，在设备运行过 程中必然伴随着电磁能量的转换，这就造成了系统本身会产生干扰波 来影响周围的元器件功能，而其本身也受到外界环境中出现的电磁干扰。

3提高可靠性的措施

3.1在系统整个开发管理各个阶段，即确定系统的要求、软件需求分析、软件设计、程序编码、软件测试和验证、软件维护等阶段，都要有周密的要求和说明，详细的分析和论证，以提高系统软件的可靠性。在机电一体化控制系统的设计、制造及装配阶段要采用可靠性高的元件，重要部位采用的元件必须进行测试、检验。

3.2采用容错法设计可以提高系统的可靠性。采用备用的软、硬件来参与系统的运行，一旦系统出现了该部分的故障，在更换备用件后系统仍可以正常运行。机电一体化控制系统通常都是十分复杂的，若想不出现故障几乎是不可能的。因而，在系统设计中增强系统的自诊断、自适应、自调整和自修复功能，在系统出现故障时可以自动运行预备措施，避免事故的出现，这也是提高系统的可维护性、安全性和可靠性的重要措施。

4结束语

随着机电一体化技术的应用越来越广泛，人们对其可靠性的重视程度越来强。工业和科学技术的快速发展，机电一体化控制系统的规模和复杂程度不断提高，其可靠性的研究和分析也将任重而道远。

参考文献：

[1]汪胜陆.机械产品可靠性设计方法及其发展趋势的探讨[J].机械設计，2007;

[2]杨鹤年，韩钢.机电一体化控制系统中的可靠性分析[J].煤炭技术，2011。