Повышение качества электрического моделирования схем в задачах диагностики

Увайсов Р.И., Павлухина Е.В. , Сулейманов С.П., Иванов И.А.

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ СХЕМ В ЗАДАЧАХ ДИАГНОСТИКИ

В тезисах рассматривается задача повышения качества электрического моделирования схем при выявлении электрических неисправностей в радиоэлектронных изделиях, и локализации катастрофических отказов типа обрыв и короткое замыкание до уровня отдельного электрорадиоизделия. В основе решения данной задачи лежит предположение, что учет индивидуальных температур электрорадиоэлементов при математическом моделировании электрических схем позволяет повысить достоверность результатов расчёта электрических характеристик. Предлагаемый подход позволяет повысить качество обнаружения одиночных или множественных неисправностей.

Задача выявления места возникновения неисправности в аналоговых электрических схемах может быть чрезвычайно сложной. Причина заключается в трудностях измерения токов непосредственно в схеме (без разрыва соединений) и отсутствии адекватных моделей неисправностей аналоговых компонентов, ограничения на выбор контрольных точек и др.

Основными типами неисправностей аналоговых электрических схем являются дефекты электрорадиоэлементов типа «обрыв» и «короткое замыкание». Качественную локализацию таких неисправностей можно проводить, основываясь на методе создания базы характерных неисправностей конкретного РЭС или методе справочников. Суть данного метода в сопоставлении характеристик диагностируемого устройства в контрольных точках схемы полученных с помощью измерительной аппаратуры, с выходными характеристиками из базы неисправностей. Для создания базы неисправностей существует в два основных подхода: экспериментальные исследования на опытных образцах с внесением дефектов, программное моделирование электрических режимов работы РЭС с искусственно внесенными в модель дефектами и др. Последний подход получил название метод диагностического компьютерного моделирования.

Метод диагностического компьютерного моделирования характеризуется:

возможностью использования программ математического моделирования электрических и тепловых, что позволяет сократить временные расходы на составление таблицы неисправностей, по сравнению с проведением натурных экспериментов.

применение программных средств математического моделирования позволяет обеспечить диагностируе-мость электрической схемы РЭС, начиная с ранних стадий проектирования;

вычисления сводятся к выполнению простых математических операций, что облегчает реализацию метода на компьютере.

Классический метод диагностического компьютерного моделирования не учитывал взаимные связи тепловых и электрических процессов. В результате при решении задач диагностирования теплонагруженных РЭС понижалось качество моделирования, что приводило к увеличению вероятности получения неверного диагноза.

Данное обстоятельство обусловлено тем, что при выделения тепла температура комплектующих элементов становиться отличной от температуры окружающей среды и номинальной температуры, при которой приводятся справочные значения параметров электрорадиоэлементов. В результате изменяются внутренние параметры активных и пассивных элементов. Например, с повышением температуры, относительно 20 °С, возрастает сопротивление металлических резистивных материалов, и падает сопротивление полупроводниковых материалов и диэлектриков; при повышенных температурах происходит снижение электрической прочности конденсаторов; при повышенных температурах увеличиваются потери на перемагничивание в магнитных материалах, ухудшается коэффициент прямоугольности материалов с прямоугольной петлей гистерезиса, снижаются значения остаточной и максимальной магнитной индукции; при пониженных, относительно 20 °С, температурах увеличиваются сопротивления полупроводниковых материалов и снижается сопротивление металлов.

Изменение параметров электрорадиоэлементов приводит к изменению значений токов и напряжений в электрической схеме, а, следовательно, и к изменению мощностей тепловыделения.

Для повышения качества моделирования электрических схем в модель вводятся температурозависимые параметры. В модель тепловых процессов вводятся зависимые источники мощности, которые позволяют учесть изменение мощностей тепловыделения.

В результате, процесс диагностирования электрических схем с учетом индивидуальных температур ЭРЭ сводится к выполнению следующих пяти этапов:

Подготовка модели электрической схемы, проверка ее адекватности, выбор контрольных точек и входных воздействий.

Подготовка модели тепловых процессов в конструкции и проверка ее адекватности.

Связь электрической и тепловой моделей в единую комплексную диагностическую модель на основе зависимых ветвей (элементов) моделей.

Составление таблицы неисправностей. Этот этап разбивается на следующие подэтапы: составление перечня неисправностей; проведение комплексного электротеплового моделирования; занесение рассчитанных значений электрических характеристик в контрольных точках в таблицу неисправностей.

Определение дефекта путем сравнения измеренных с помощью измерительного оборудования значений потенциалов в контрольных точках схемы со значениями, хранящимися в таблице неисправностей.

Описанный выше подход реализован в программе диагностирования РЭС по электрическим характеристикам «Б1аЕ1», которая входит в состав подсистемы диагностики АСОНИКА-Д.

В программе «Б1аЕ1» автоматизированы: построение диагностической модели электрической схемы;

комплексный электротепловой анализ с получением электрических характеристик в контрольных точках для заданных неисправностей; расчет критерия локализации неисправности, по которому делается вывод о наличии конкретной неисправности.

При комплексном анализе реализованы следующие вычислительные процедуры:

вычисление мощностей тепловыделения ЭРЭ по результатам расчёта электрических характеристик в программе И1пБр1се;

передача полученных мощностей тепловыделения в подсистему моделирования тепловых процессов АСО-НИКА-Т (ТРиАНА);

возврат рассчитанных значений температур ЭРЭ в программу моделирования электрических схем И1п-Бр1се;

вычисление условия проверки сходимости и останова комплексного теплоэлектрического расчёта.

Проведённые вычислительные и натурные исследования показали, что учет индивидуальных температур ЭРЭ позволяет значительно повысить качество электрического моделирования схем (в некоторых случаях разница составляет 20-30%), а в результате возрастает вероятность верной локализации неисправностей .