Глава шестая. НОРМИРОВАНИЕ ДОПУСКАЕМОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ К ВНЕШНИМ ПОМЕХАМ И ДОПУСКАЕМОГО ПОМЕХОИЗЛУЧЕНИЯ

6.1. Основы расчета норм

Пусть на объектах предполагаемой установки интересующего нас типа ЦТС имеется s видов внешних помех, приводящих к сбоям и отказам ЦТС. Примем, что случаи совпадения во времени помех разных видов весьма редки, тогда средняя частота сбоев или других неисправностей, вызванных помехами, равна:

где — средняя частота сбоев от помех вида. Пусть вид помех характеризуется параметрами Обозначим через многомерную плотность распределения параметров, через — среднюю частоту следования помех вида, через — вероятность сбоя ЦТС от помехи вида, тогда

При установлении норм следует исходить из требования, что средняя частота сбоев вызванных помехами, должна быть существенно меньше допустимой средней частоты сбоев (или отказов ), где - наработка на сбой (отказ), заданная в или ТУ на ЦТС. Таким образом,

где — коэффициент.

С учетом (6.1) и (6.2) условие (6.3) можно переписать:

Чтобы выполнялось неравенство (6.4), практически можно варьировать только функциями Следовательно, задача расчета норм сводится к определению таких допустимых функций при которых заведомо выполняется неравенство (6.4). Решение этой задачи неоднозначно. Прибегнув к методам динамического программирования и оптимизировав затраты на обеспечение необходимой помехозащищенности, по-видимому, можно получить и однозначное решение. Но это нецелесообразно, так как, с одной стороны, приходится сталкиваться с немалыми математическими трудностями, с другой же стороны, никогда не имеется достаточно полной и достоверной информации о функциях значениях и весьма произвольно задается коэффициент

Приняв некоторые условия и допущения, поставленную задачу можно решить на приемлемом для практических приложений уровне. Так, например, можно потребовать, чтобы средняя частота сбоев от каждого вида помех была не более некоторого заданного значения

Вероятность сбоев -функция монотонная. Всегда возможно выбрать направления координат таким образом, чтобы функция также была и возрастающей. Заменим ее пороговой функцией, «охватывающей» исходную функцию при всех значениях аргументов

Пороговая функция с характеризует, например, помехозащищенность ЦТС от кратковременных импульсных помех, так как из-за малой длительности помех и большого периода их следования появление сбоев в работе ЦТС зависит не только от значений параметров помехи, но и от состояния логических цепей в момент прихода помехи. При этом возможны состояния, когда помеха с малыми уровнями способна вызвать сбой. Для пороговой функции, характеризующей помехозащищенность по длительным помехам, можно принять, что так как длительность помехи здесь такова, что состояние логических цепей за время ее действия меняется многократно.

С учетом выщесказанного, обозначив вместо условия (6.4) можно записать условие

где -многомерная функция распределения аргументов Из (6.7) следует

Если допустимо считать аргументы взаимно независимыми, то

Потребуем, кроме того, чтобы квантили аргументов обеспечивали равенство всех

тогда

и, наконец,

где — функция, обратная

Найденные значения по сути дела, являются искомыми допустимыми нормами по параметрам

Выражение (6.9) можно еще более конкретизировать, если принять в первом приближении, что каждый аргумент распределен по экспоненциальному закону

где — математическое ожидание аргумента.

Тогда

Выражения (6.9) и (6.10) действительны для значений

Если средняя частота следования помех i-го вида так мала, что то такой вид помех нет необходимости нормировать. Однако гораздо чаще При этом (6.10) можно упростить:

Для при относительная погрешность от применения (6.11) не превышает

Из (6.11) следует, что при

Выражение (6.12) пригодно для расчета норм на допускаемую восприимчивость к длительным помехам.

Значение допускаемой при испытаниях частоты сбоев в общем случае может быть задано произвольно в пределах

Однако следует иметь в виду, что величина обратно пропорциональна минимальному количеству импульсов помех , которое необходимо имитировать при испытаниях, а прямо пропорционально минимальной длительности испытаний Тисп

где — частота следования (генерации) имитируемых импульсов помех при испытаниях.

С учетом (6.13) и имея в виду, что выражение (6.11) принимает вид

Соответственно (6.12) принимает вид

Из (6.14) следует, что, увеличивая длительность испытаний можно до некоторой степени снизить значение нормируемого параметра и наоборот, т. е. имеется возможность в определенных пределах форсировать испытания.

Однако если время выбрать даже очень большим, нельзя снизить значение нормируемого параметра меньше значения, определяемого соотношением (6.15). Вместе с тем время испытаний не может быть меньше, чем

Задача снижения длительности испытаний в проблеме обеспечения ЭМС имеет существенное значение, поэтому примем такое значение , которое всего на превышает . Подставив в (6.14) значение получим окончательно

Определение количественных значений норм на допускаемую восприимчивость ЦТС к помехам из сети питания и допускаемое излучение помех в сеть

В качестве исходных данных для ориентировочного расчета количественных значений норм можно принять несколько завышенные в худшую сторону результаты исследования сетей, содержащиеся в табл. 2.1 и 2.2. Исследования помехозащищенности (см, гл. 3) показали, что для импульсных помех в первом приближении можно учитывать один параметр -амплитуду помех, для длительных помех необходимо учитывать два параметра амплитуду (глубину) и длительность, а для случайных отключений — один параметр — длительность. Сводка исходных данных по объектам типа вычислительного центра (ВЦ), конструкторского бюро (ВК) и цехов приборостроительного завода (ПЗ) приведена в табл. 6.1.

Для иллюстрации произведем расчет норм (ТТ) на допускаемую восприимчивость к помехам из сети питания предназначенного для установки на объекты типа ПЗ гипотетического изделия с допускаемой наработкой на сбой, равной часов. Число учитываемых видов помех s в данном случае равно четырем. Коэффициент запаса k выберем равным двум. Тогда, подставив данные из табл. 6.1 в зависимость (6.15), получим следующие результаты.

Расчетная допускаемая глубина провалов напряжения значительно превышает 220 В, поэтому выбираем Допускаемая длительность провалов периодов промышленной частоты. Необходимо, однако, отметить, что без применения резервируемого источника питания такое требование удовлетворить невозможно. Допускаемая амплитуда перенапряжений а длительность периодов. Допускаемая длительность

Таблица 6.1. Исходные данные для расчета норм на допускаемую восприимчивость к помехам из сети питания

случайных отключений питания где — это средняя длительность случайных отключений на конкретном объекте. Последняя норма полезна при выборе технических средств для построения системы непрерываемого питания (СНП).

Выбрав из табл. 6.1 данные по импульсным помехам и воспользовавшись зависимостью (6,16), определим значение допускаемой амплитуды импульсных помех . Необходимая длительность испытаний при частоте следования имитируемых импульсов помех составляет .

Результаты проведенных подобным образом расчетов норм для изделий с разной наработкой на сбой и для разных объектов сведены в табл. 6.2. При этом для объектов типа ВЦ и КБ учитывались помехи только трех видов, поскольку перенапряжения в сетях питания таких объектов являются редкими событиями.

Полученные количественные значения норм надо рассматривать как сугубо ориентировочные, поскольку они основаны на ограниченных статистических данных. С расширением объема информации о помехах на объектах установки ЦТС нормы должны уточняться и дифференцироваться.

Таблица 6.2. Нормы на допускаемую восприимчивость к помехам из сети питания

Продолжение табл. 6.2

Помимо ограничения восприимчивости изделий к помехам из сети питания необходимо ограничивать и помехи, создаваемые изделиями в сети питания, иначе нельзя гарантировать работоспособность комплексов изделий. Выбор количественных значений норм, ограничивающих помехи, создаваемые изделиями в сети питания, диктуется следующими соображениями. В одном и том же комплексе могут совместно работать как высоконадежные устройства, так и устройства с невысокой надежностью. Следовательно, нормы на допускаемые значения параметров помех, создаваемых изделиями, должны быть заведомо более жесткими, чем нормы на допускаемую восприимчивость к помехам для устройств с низкой надежностью (например, с наработкой на сбой ).

В этой связи представляются вполне приемлемыми такие значения:

Объем испытаний на восприимчивость

Когда в техническую документацию на ЦТС вносятся технические требования на допускаемую восприимчивость, то, естественно, встает вопрос о необходимом объеме испытаний.

Технические требования заключаются в том, что при подаче в сеть питания ЦТС импульсов помех с нормированной амплитудой и частотой следования относительная частота сбоев ЦТС не должна превышать нормированной величины Экспериментальная относительная частота сбоев

где — число поданных за время испытаний импульсов помех (т. е. объем испытаний), a m — число зарегистрированных за это время сбоев. Задача состоит в том, чтобы установить такой необходимый объем , при котором относительная частота сбоев будет определена с относительной погрешностью, не превышающей заданного значения , с доверительной вероятностью, не меньшей заданного значения у. Относительная погрешность

При оценке вероятности по частоте получим [59]

или

где

( — функция, обратная функции Лапласа).

Зависимость от у для нескольких значений аргумента следующая:

Таким образом, для обеспечения заданной точности необходимо, чтобы выполнялось неравенство

откуда

Для малых значений

Для контрольных испытаний вполне приемлемы значения . В этом случае

Необходимая длительность испытаний в секундах

Если длительность получается очень большой, то для ее сокращения можно применить известный в теорий надежности метод последовательных испытаний. Технические требования на восприимчивость к длительным помехам заключаются в! том, что при имитации в сети питания длительной помехи (провала или перенапряжения) с нормированными глубиной (амплитудой) и длительностью в ЦТС не должны происходить сбои или другие неисправности. Как уже упоминалось выше, состояние логических цепей ЦТС в момент появления длительной помехи практически не влияет на факт наступления сбоя. Поэтому объем испытаний здесь должен быть таким, чтобы только исключить возможность случайной ошибка.