РОЗДІЛ 2
РОЗРОБКА МЕТОДУ АВТОМАТИЗОВАНОГО ПРОЕКТУВАННЯ ППС ІЗ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯМ ЇХНЬОЇ ДІАГНОСТОВАНОСТІ
У даному розділі викладено метод автоматизованого проектування ППС із забезпеченням їхньої діагностованості, в основу розробки якого покладені принципи системного підходу, теорії параметричної чутливості, топологічного моделювання й оптимізації.
Сутність розробленого методу [36,37,44,53,116] полягає в дослідженні електричних процесів у пристроях перетворення сигналів з урахуванням особливостей їхнього функціонування (велика розмірність математичної моделі, великий розкид постійних часу математичної моделі й змушений періодичний режим роботи) і забезпеченні діагностованості ППС на етапі проектування для можливості наступного діагностування як на етапі виробництва, так і на етапі експлуатації.
Розроблено алгоритм аналізу й забезпечення діагностованості ППС. При розробці алгоритму аналізу вихідних характеристик ППС на основі схеми вирішені питання вибору методу формування аналітичної моделі і базису незалежних змінних, а також вибору ефективних чисельних методів рішення аналітичної моделі з урахуванням її особливостей. Розроблений алгоритм засновано на циклічному застосуванні неявної і явної формул Ейлера. Основними перевагами методу є квадратична збіжність, а також той факт, що на відміну від інших даний метод не має потреби в розрахунку і збереженні матриці Якобі. Для розрахунку функцій параметричної чутливості вихідних характеристик ППС до зміни параметрів елементів у роботі використано метод сполученої моделі, що має найменшу трудомісткість [52].
Як міру діагностованості аналогових ППС до рівня параметра ЕРЕ, пропонується на етапі їхнього проектування використовувати ранг тестової матриці пристрою, складеної для часової чи частотної областей, з метою вибору ефективних стимульованих і вихідних контрольованих сигналів, та забезпечення діагностованості схеми [36,37,39]. Використаний у математичній моделі критерій середньоквадратичної помилки є усередненим критерієм за всіма точками вимірів різних вихідних характеристик. Вимірювальні прилади, в залежності від виду вимірюваних фізичних величин, інтервалу вимірюваних величин, діапазону частот мають різну похибку виміру. Тому, для підвищення точності розрахунку параметрів елементів схеми, у функцію середньоквадратичної помилки введені вагові коефіцієнти точності виміру вихідних характеристик [35,46].
Перед проведенням діагностування на етапі експлуатації ППС необхідно розрахувати поточні експлуатаційні відбракувальні допуски на параметри елементів для адекватного визначення технічного стану на даний момент. Якщо причини відмовлень елементів вивчені, технологічні процеси виконуються точно , то деградаційні процеси, хоча і є випадковими, але можуть вважатися близькими до детермінованих. Для такого випадку отримані формули, які дозволяють розрахувати експлуатаційні відбракувальні допуски в залежності від температури і часу експлуатації[37,45,129].
Для реалізації запропонованого методу розроблена діагностична математична модель пристроїв перетворення сигналів, яка відрізняється ступенем врахування процесів, що впливають, і своїм складом, до якого входять топологічна підмодель схеми, що складається з топологічних моделей електрорадіоелементів, функція середньоквадратичної помилки, складена з вимірюваних і розрахункових значень вихідних характеристик, які забезпечують діагностованість схеми, з ваговими коефіцієнтами враховуючими точність вимірювальних приладів, і рівняння розрахунку допусків на параметри елементів у залежності від часу й умов експлуатації [35,37,38].
2.1. Вимоги до методу автоматизованого проектування пристроїв перетворення сигналів з урахуванням забезпечення їхньої діагностованості
Вимоги до методу автоматизованого проектування ППС з урахуванням забезпечення їхньої діагностованості випливають з особливостей функціонування електричної схеми й сутності етапів схемотехнічного проектування й діагностування пристроїв, які більш докладно розглянуті в попередньому розділі.
Виходячи з цього, основні вимоги до методу автоматизованого проектування ППС з урахуванням забезпечення їхньої діагностованості, можна сформулювати таким чином.
Використання розробленого методу в якості математичного забезпечення автоматизованого схемотехнічного проектування ППС повинно дозволяти:
- розраховувати на ранніх етапах проектування пристроїв їхні електричні характеристики з урахуванням обраної елементної бази й реальних умов експлуатації;
- одержувати карти робочих режимів елементів з урахуванням реальних умов експлуатації;
- забезпечувати діагностованість пристроїв перетворення сигналів на етапі проектування шляхом призначення інформативних контрольних точок виміру вихідних характеристик і вибору ефективних стимульованих сигналів;
- визначати шляхи найбільш раціональної зміни схеми з метою забезпечення вимог технічного завдання на пристрої перетворення сигналів і вимог технічних умов на електрорадіоелементи на основі аналізу функцій параметричної чутливості;
- підвищувати надійність і якість проектованих пристроїв на основі детального аналізу електричних процесів, що протікають у схемі, і прийняття обґрунтованих проектних рішень;
- забезпечувати достатню для рішення інженерних задач точність.
Крім того, метод повинний бути орієнтований на максимальне використання інформації, отриманої при схемотехнічному моделюванні й дозволяти автоматизувати процес діагностування пристроїв перетворення сигналів при їхньому виробництві й експлуатації.
2.2. Розробка методу автоматизованого проектування пристроїв перетворення сигналів із забезпеченням діагностованості
Для підвищення надійності і якості проектованих пристроїв перетворення сигналів розроблено метод проектування, який включає етап забезпечення діагностованості схеми до рівня параметра ЕРЕ, що дозволяє здійснювати автоматизований аналіз вихідних характеристик, параметрів елементів і їх режимів роботи для н