穩健設計采用Saber仿真器提高系統可靠性

穩健設計概念

　　“穩健設計(Robust Design)”是一種通用的、并經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗證的開(kāi)發(fā)理念，致力于提高流程或產(chǎn)品的可靠性。為了提高可靠性，要求穩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(chǎn)品免受那些可能對可靠性產(chǎn)生不利影響的參數。如圖1所示，通用的穩健設計方法要求在設計過(guò)程中對信號、響應、噪聲和控制這4項參數予以考慮 。

　　在當前的系統設計環(huán)境中，這4項參數有其特定含義。

　　1.信號參數

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

　　2.響應參數

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

　　3.噪聲參數

　　噪聲參數是指造成系統信號與響應之間的關(guān)系發(fā)生漂移的干擾，可以是系統的內部噪聲參數或外部噪聲參數，其中多數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設計中加入對噪聲的補償措施。為了做到這點(diǎn)，設計師必須首先對會(huì )給系統造成不利影響的所有噪聲參數進(jìn)行識別和量化，然后，設計師必須選擇有哪些參數需要進(jìn)行補償。

　　4.控制參數

　　控制參數用于對噪聲參數的補償，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并使其偏離標稱(chēng)性能的那些噪聲參數進(jìn)行預測和補償。在一種噪聲參數可能有多種補償解決方案時(shí)，穩健設計原理提倡采用最簡(jiǎn)潔、最經(jīng)濟高效的方法。為了滿(mǎn)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的控制參數。

　　設計實(shí)例-汽車(chē)制動(dòng)

　　為了說(shuō)明穩健設計參數是如何應用于系統設計的，我們以一個(gè)基本的汽車(chē)制動(dòng)系統為例。該例中，假設汽車(chē)采用盤(pán)式制動(dòng)器，其目標是使其旋轉運動(dòng)完全停止。

　　理論上，制動(dòng)系統的操作是相當簡(jiǎn)單的。駕駛者對剎車(chē)踏板施加壓力，這個(gè)壓力通過(guò)液壓或電力傳導到制動(dòng)鉗上，制動(dòng)鉗推動(dòng)剎車(chē)片壓緊正在旋轉的剎車(chē)盤(pán)。剎車(chē)片施加到剎車(chē)盤(pán)上的力最終使車(chē)輛減速直至完全停止。

　　參見(jiàn)圖1，該系統的輸入信號是對剎車(chē)踏板施加的壓力。主要的信號參數是所施加壓力的數值。該系統對剎車(chē)踏板壓力的響應就是降低車(chē)速。主要的響應參數是車(chē)輛完全停止所需要的時(shí)長(cháng)。

　　圖1：穩健設