某型慣導(dǎo)系統(tǒng)備份計算機故障分析

張弘揚 朱天輝 魏娜

摘要：針對某型慣導(dǎo)系統(tǒng)在修理過程中出現(xiàn)備份機奪權(quán)故障，進行備份機故障分析研究。通過對備份機奪權(quán)原理的分析以及對故障芯片進行x射線電子線路分析研究，實現(xiàn)了故障定位與排除，最后總結(jié)了備份機故障性質(zhì)、原因與相應(yīng)措施.有效降低了備份機故障率.提高了裝備的使用可靠性。 關(guān)鍵詞：備份計算機;可編程門電路;三態(tài)門

0引言

平臺式慣導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于我軍主戰(zhàn)機型，針對慣導(dǎo)系統(tǒng)的故障診斷與分析研究也越來越多。電子線路板是平臺式慣導(dǎo)系統(tǒng)的重要組成部分，為慣導(dǎo)提供電源和控制信號，計算并輸出導(dǎo)航參數(shù)。備份計算機板屬于慣導(dǎo)系統(tǒng)中一塊非常重要的電子線路板，它的主要功能是與GPS接收機進行交聯(lián)進而實現(xiàn)收星功能，同時備份計算機還有輸入輸出開關(guān)量以及對相關(guān)的模擬電路輸出施距換擋信號、溫度控制信號、馬達啟動信號等功能。

備份計算機在慣導(dǎo)系統(tǒng)中起著相當重要的作用，一旦備份計算機板發(fā)生故障，將導(dǎo)致整個計算機系統(tǒng)通信機制紊亂，并引起模擬電路板的信號錯誤，致使整個慣導(dǎo)系統(tǒng)不能正常工作。

1故障現(xiàn)象及故障分析定位

1.1故障現(xiàn)象

某型慣導(dǎo)系統(tǒng)在常溫下進行靜態(tài)阻值測試、單機通電、全機通電工作均正常，在進行綜合環(huán)境試驗時，振動一分鐘后報故，故障代碼為51#AD/DA故障、21#陀螺超溫、22#加計超溫、15#伺服回路故障。

1.2故障分析

通過分析該型慣導(dǎo)系統(tǒng)的原理，結(jié)合實際的故障現(xiàn)象，對故障進行定位。首先，根據(jù)51#AD/DA故障，初步判定為接口電路的模擬信號與數(shù)字信號轉(zhuǎn)換功能故障，更換接口電路板后故障仍復(fù)現(xiàn);其次，根據(jù)21#陀螺超溫、22#加計超溫，懷疑溫控電路故障，更換溫控電路板后故障仍復(fù)現(xiàn);最后，15#伺服回路故障是整個平臺的伺服回路故障，由于確定平臺功能正常，因此斷定15#故障是由51#、21群、22#故障引起的，為偽故障。綜合以上信息，初步斷定是由于備份計算機奪取了主計算機的總線控制權(quán)，最終導(dǎo)致慣導(dǎo)系統(tǒng)報故。

1.3故障定位

經(jīng)分析，將備份計算機的奪權(quán)高/低信號、主機故障高/低信號端進行飛線，并用示波器對信號進行檢測。在慣導(dǎo)系統(tǒng)正常工作時，奪權(quán)高信號為5V高電平，主機故障高信號為4.2V高電平，奪權(quán)低信號和主機故障低信號均為0V低電平;在慣導(dǎo)系統(tǒng)報故后，奪權(quán)高信號和主機故障高信號均為0V低電平，奪權(quán)低信號為5V高電平，主機故障低信號為4.2V高電平。通過分析，確定備份計算機奪取了主計算機的總線控制權(quán)。而備份計算機奪取主計算機的總線控制權(quán)的前提是主計算機出現(xiàn)故障后不能正常工作，主計算機將故障指示信號發(fā)送至備份計算機，備份計算機接收到主計算機的信號后奪取總線控制權(quán)。該慣導(dǎo)系統(tǒng)主計算機的相關(guān)功能經(jīng)測試均正常，在主計算機正常工作的狀態(tài)下，備份計算機主動奪取總線控制權(quán)，進而確認是由于備份計算機故障導(dǎo)致了慣導(dǎo)系統(tǒng)報故。

2故障原因分析

2.1備份計算機原理

在正常情況下，備份計算機執(zhí)行衛(wèi)星導(dǎo)航接口機的功能，通過R$232串行口與雙G接收機交聯(lián)。同時，主計算機通過總線周期性地向雙13RAM存放（刷新）數(shù)據(jù)。當主計算機故障時，備份計算機奪取總線控制權(quán)，并從雙13RAM取得最近的數(shù)據(jù)，進行計算和控制，其電路原理如圖1所示。

2.2備份機可能存在的故障原因

可能導(dǎo)致備份計算機奪取主計算機總線控制權(quán)的原因包括備份計算機插針虛焊接觸不良、備份計算機主程序芯片故障、可編程邏輯器件故障。

1）備份計算機插針虛焊接觸不良

插針是備份計算機與慣導(dǎo)系統(tǒng)其他電子線路板進行信號交聯(lián)的通道，插針虛焊或斷針都會影響備份計算機與慣導(dǎo)系統(tǒng)內(nèi)其他電子線路板問的正常通信，進而造成備份計算機奪取主計算機的總線控制權(quán)，導(dǎo)致慣導(dǎo)系統(tǒng)報故。利用x射線電子線路分析儀對備份計算機插針的線路進行檢測，插針狀態(tài)完好，故排除插針虛焊接觸不良引起備份計算機故障的可能性。

2）備份計算機主程序芯片故障

備份計算機的主程序芯片共有4片EPROM，程序芯片中加載的備份計算機程序是整個備份計算機的核心。備份計算機的工作流程及工作機制都是由備份計算機程序控制的，一旦主程序芯片出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致備份計算機不能正常工作。拆下4片程序芯片，將原有程序擦除，重新加載程序，并將程序芯片裝回備份計算機板，慣導(dǎo)系統(tǒng)進行綜合環(huán)境試驗依舊報故，故排除備份計算機主程序芯片故障引起慣導(dǎo)系統(tǒng)報故的可能性。

3）可編程邏輯器件故障

備份計算機電路中有多個可編程邏輯器件，也稱可編程門電路，這些芯片根據(jù)不同的信號處理功能加載不同的邏輯程序，在數(shù)字電路中實現(xiàn)各種邏輯功能。如果這些可編程門電路出現(xiàn)故障，必然導(dǎo)致備份計算機中的各邏輯信號紊亂，造成備份計算機故障。由于備份計算機中可編程門電路數(shù)量較多，因此采用逐一排除的方法不可取，只能從備份計算機的工作原理入手，對備份計算機奪取主計算機總線控制權(quán)的工作機理進行分析。

在慣導(dǎo)系統(tǒng)正常工作時，備份計算機的主要功能是執(zhí)行衛(wèi)星導(dǎo)航接口機的功能。當主計算機發(fā)生故障時，主計算機會向備份計算機發(fā)送主計算機故障指示信號，接收到來自主計算機的故障指示信號后，備份計算機向主計算機發(fā)出奪取總線控制權(quán)的信號。經(jīng)測試主計算機功能正常，由此斷定是備份計算機的控制程序出現(xiàn)了邏輯錯誤，在沒有接收到主計算機的故障指示信號的情況下發(fā)出了奪取總線控制權(quán)信號，如圖2所示。

對可編程門電路進行機理分析，當主計算機發(fā)生故障時，向三態(tài)門芯片的A、B端發(fā)送主計算機故障信號，同時可編程門電路K通過c、D端向三態(tài)門發(fā)送邏輯控制信號，三態(tài)門通過E、F端向可編程門電路H的D2、D3端發(fā)送信號，進而產(chǎn)生奪權(quán)信號。測試表明主計算機并沒有向三態(tài)門的A、B端發(fā)送主機故障信號，但是可編程門電路H的D2、D3端確實收到了來自三態(tài)門E、F端的相應(yīng)信號，進而產(chǎn)生奪權(quán)信號，因此，判定可編程門電路K存在故障，進而引發(fā)了備份計算機奪取總線控制權(quán)的故障。將存在故障的可編程門電路K從備份計算機電路板中拆下，發(fā)現(xiàn)此芯片的管腳存在斷裂情況。

3失效分析

此可編程門電路為進口產(chǎn)品，制造工藝及材質(zhì)不詳，表面有三防膠保護。用無水乙醇清洗后，除去表面三防膠。通過對管腳斷口進行微觀形貌觀察、微區(qū)成分能譜分析，確定了管腳的失效性質(zhì)，并對其失效原因進行了分析。

由圖3可見，管腳斷口均較為平坦，無明顯的擴展棱線;斷口邊緣的磨損痕跡多由后期制樣過程造成，非斷裂過程形成;觀察斷口的微觀形貌，可見典型的疲勞弧線，斷裂均從一側(cè)起源，而后逐漸向內(nèi)部擴展，最終形成斷裂或裂紋;斷口表面顏色均一，呈亮灰色，無腐蝕或氧化特征，為常期振動形成。針腳斷口微觀形貌均可見典型的疲勞條帶，表明斷裂性質(zhì)為疲勞斷裂。若振動應(yīng)力達到了管腳的疲勞極限應(yīng)力，則疲勞裂紋會在管腳表面起源，并逐漸擴展，最終斷裂。

4結(jié)束語

針對某型慣導(dǎo)產(chǎn)品備份機奪權(quán)故障，進行備份機故障分析研究。通過對奪權(quán)原理梳理分析，對故障芯片進行x射線電子線路分析研究，實現(xiàn)了故障定位與排除，最后從失效分析結(jié)果印證了此次備份機故障原因。整體來看，斷裂管腳位于可編程門電路的右上角，在長期振動過程中此方向振動應(yīng)力最大。針對管腳疲勞失效的特征情況制定以下措施。

1）在可編程門電路安裝使用之前，應(yīng)檢查針腳的狀態(tài)，排除有裂紋針腳的情況。

2）在產(chǎn)品安裝、修理及調(diào)試過程中應(yīng)避免產(chǎn)生多余的應(yīng)力。

以上措施的實施，有效降低了該型備份機的故障發(fā)生率，提高了裝備的使用可靠性。