穩(wěn)健設計采用Saber仿真器提高系統(tǒng)可靠性

穩(wěn)健設計概念

　　“穩(wěn)健設計(Robust Design)”是一種通用的、并經(jīng)過實踐驗證的開發(fā)理念，致力于提高流程或產品的可靠性。為了提高可靠性，要求穩(wěn)健設計原理在早期就成為設計周期不可分割的組成部分，其目標是讓最終產品免受那些可能對可靠性產生不利影響的參數(shù)。如圖1所示，通用的穩(wěn)健設計方法要求在設計過程中對信號、響應、噪聲和控制這4項參數(shù)予以考慮 。

　　在當前的系統(tǒng)設計環(huán)境中，這4項參數(shù)有其特定含義。

　　1.信號參數(shù)

　　信號參數(shù)是指系統(tǒng)輸入信號的特性參數(shù)。這方面需要考慮的參數(shù)有很多，包括信號的類型(模擬、數(shù)字等)、幅值、頻率、頻譜等。設計師必須在創(chuàng)建有效的系統(tǒng)設計前對這些特性予以掌握。信號參數(shù)決定系統(tǒng)輸入級的結構，輸入級對輸入信號進行準備加工，并供系統(tǒng)對其進行處理。

　　2.響應參數(shù)

　　響應參數(shù)是針對系統(tǒng)輸出提出的要求。與信號參數(shù)類似，也有許多需要考慮的響應參數(shù)。系統(tǒng)對輸入信號的處理必須能夠讓輸出達到性能要求。因此，響應參數(shù)決定了系統(tǒng)輸出級的結構。

　　3.噪聲參數(shù)

　　噪聲參數(shù)是指造成系統(tǒng)信號與響應之間的關系發(fā)生漂移的干擾，可以是系統(tǒng)的內部噪聲參數(shù)或外部噪聲參數(shù)，其中多數(shù)都不能被設計師直接控制。通常，設計師在消除干擾方面的唯一選擇是在系統(tǒng)設計中加入對噪聲的補償措施。為了做到這點，設計師必須首先對會給系統(tǒng)造成不利影響的所有噪聲參數(shù)進行識別和量化，然后，設計師必須選擇有哪些參數(shù)需要進行補償。

　　4.控制參數(shù)

　　控制參數(shù)用于對噪聲參數(shù)的補償，可由設計師直接控制。它的目標是對那些能夠明顯影響系統(tǒng)并使其偏離標稱性能的那些噪聲參數(shù)進行預測和補償。在一種噪聲參數(shù)可能有多種補償解決方案時，穩(wěn)健設計原理提倡采用最簡潔、最經(jīng)濟高效的方法。為了滿足這一目標，設計師必須經(jīng)常選擇能夠減輕多項噪聲參數(shù)的控制參數(shù)。

　　設計實例-汽車制動

　　為了說明穩(wěn)健設計參數(shù)是如何應用于系統(tǒng)設計的，我們以一個基本的汽車制動系統(tǒng)為例。該例中，假設汽車采用盤式制動器，其目標是使其旋轉運動完全停止。

　　理論上，制動系統(tǒng)的操作是相當簡單的。駕駛者對剎車踏板施加壓力，這個壓力通過液壓或電力傳導到制動鉗上，制動鉗推動剎車片壓緊正在旋轉的剎車盤。剎車片施加到剎車盤上的力最終使車輛減速直至完全停止。

　　參見圖1，該系統(tǒng)的輸入信號是對剎車踏板施加的壓力。主要的信號參數(shù)是所施加壓力的數(shù)值。該系統(tǒng)對剎車踏板壓力的響應就是降低車速。主要的響應參數(shù)是車輛完全停止所需要的時長。

　　圖1：穩(wěn)健設