电子系统冗余设计及可靠性分析

统发 生 故 障时 ，控 制 系统 通过 故 障控 制 策 略启 动备 用 部 件 ，来 保 证 系 统 正 常 运行 ，避 免 了单 点故 障造 成 的系统 部分 或全 部功 能 的失 效 。 。
但 冗余 设计 也 不 是一 味 地增 加备 份 部件 ，备 份 部 件 的增 加一 方 面增 加 了系 统 的复 杂度 、控 制 的 复 杂 度 和 设 计 的难 度 ；另 一 方 面增 加 了 系统 成 本 、功 耗 、质量 ，而且冗余设计的不合理 ，也可能降低系统 的可靠 性 １。
中图分类号 ：ＴＮ４０６
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１６７３．１２５５（２０１６）．０１ ００６４．０４
Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ａ ｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ
ＣＡＩ Ｊｉｎｇ－ｈａｉ，ＺＨＡＮＧ Ｚｈｅｎ－ｑｕａｎ
Ｋ ｅｙ ｗ ｏｒｄｓ：ｄｕａｌ ｒｅｄｕｎｄａｎｔ；ｍａｎａｇｅｍ ｅｎｔ ｓｔｒａｔｅｇｙ；ｆａｉｌｕｒｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ａｕｔｏ—ｓｗｉｔｃｈ；ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ
电 子 系统 主 要 功 能 是 完 成 数 据 通 讯 、数 据 处 理 、系统 控制 、任 务 管理分 配 、驱 动 输 出 和任 务 的执 行 。 因此 ，要 求 电子 系 统 工 作 具 有 连 续 、稳 定 、可 靠 等 特 点 。 为 了提 高 电 子 系 统 的任 务 可 靠 性 ，基 于冗 余 技 术ｕ ，提 出 了一 种双 冗 余 结 构 的设 计方 案 来 提 高 系 统 的 可靠 性 、连 续 性 和稳 定 性 ，并 对 系 统 设计 方 案 进行 了可靠 性 分析 。
第 １期
蔡敬海 等 ：电子系统冗余设计及可靠性分析
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行 。系 统 构 成 包 括 电源 模 块 、Ｉ／Ｏ模 块 、控 制模 块 、 任 务 管 理模 块 和执 行 机 构 。 系统 各 模 块 的 主要 功 能 ：电源 模 块 主要 完 成 系统 工作 电源 电压 的转换 及 驱 动 电源 的控 制 功 能 ；Ｉ／Ｏ模 块 主要 完 成 数 据 的通 信 功 能 ；控 制 模 块 是 系 统 的控 制 中 心 ，主要 完 成 与 Ｉ／Ｏ模 块 数 据通 讯 、完 成 数 据 处 理 、接 收 控 制 指 令 、 系 统 控 制 以 及 对模 块 自身 和任 务 管 理 模 块 的状 态 检 测 ；任 务 管 理模 块 主要 完成 接 收 控 制 模 块 指 令 ， 并进 行 任 务 管理 分 配 和驱 动输 出 的功能 ；执 行 机构 主要用来完成接收任务模块的驱动输 出信号 ，并完 成相 应 的动作 。
第 ３１卷第 １期 ２０１６年 ２月
光 电技术 应用
ＥＬＥＣＴＲ０ 一Ｏ ＰＴＩＣ ＴＥＣＨＮ ＯＬＯＧ Ｙ Ａ ＰＰＬＩＣＡＴ１０Ｎ
· 测试、试验 与仿真 ·
ຫໍສະໝຸດ Baidu
Ｖ Ｏ１．３１．Ｎ ｏ．１
Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２０１６
电子 系统冗余 设计及可 靠性分析
蔡 敬 海 ，张振 权
（中国电子科技集 团公 司光 电研究院 ，天津 ３０００００）
ＩＡｃａｄｅｍｙ ｏｆＯｐｔｏ—Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ＡＯＥ ＣＥＴＣ）．Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｄｕａｊ ｒｅｄｕｎｄａｎｔ ｓｔｒｕ ｃｔｕｒｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ａｔ ｆｉｒｓｔ。ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅ。 ｄｕｎｄａｎｅｙ ｍａｎａｇｅｍ ｅｎｔ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ａｎｄ ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｏｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｓｉｎｇｌｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｄｕａｌ ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｔｈｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ｆａｉｌｕｒｅ ｄｅ— ｔｅｅｔｉｏｎ ａｎｄ ａｕｔｏ－ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗｏｒｋ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ ｄｅｓｉｇｎ ａｒｅ ｖｅｒｉｆ ｉｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｔｅｓｔｓ．
摘 要 ：提出了一种双冗余结构的电子系统设计方案 ，详细介绍了系统 的架构和冗余管理策略 ，并分别对单通道系统和双冗
余系统结构进行 了可靠性分析 。本系统具有 实时故障检测 、自动切换控 制的能力 ，可以保证系统稳定 、连续的工作 。最后 ，通过
试验验证 了冗余设计方案 的可行性和可靠性。
关 键 词 ：双冗 余 ；管理 策 略 ；故 障检 测 ；自动 切 换 ；可 行性 ；可 靠性
１ 冗 余 理 论
冗余 理 论 来源 于 自动控 制 系统 可靠 性 研 究 ，其 核 心 内容 是 如 何 最 大 限 度地 提 高 系统 可 靠 性 。 自 动 控 制系 统是 由许 多元 部件 组 成 的 ，其 元 部 件 的组 合 方 式 与 系 统 可 靠性 有 十分 密 切 的关 系 。冗 余 设 计 就是 在 控 制 系统 中增 加 备用 的关键 元 部件 ，当系
２ 系统 设 计 方 案
２．１ 系统构 成
电子 系统 的主要 功 能是 完 成数 据 通讯 、数 据 处 理 、系统 控 制 、任 务 管理 分 配 、驱动 输 出 和任 务 的执
收 稿 日期 ：２０１５．１２－０４ 作者简介 ：蔡敬海（１９８２一），男 ，河北省滦南县人 ，工学硕士 ，工程师 ，研究方向为光电一ｒ程