基于H2/H∞混合滤波的BIT虚警抑制方法

针对基于模型的机电控制系统机内测试(built-in test,BIT)中的虚警问题,分析了系统中的信息不确定性和产生虚警的机理。基于估计误差方差约束混合H2/H∞滤波方法,设计了BIT故障检测诊断系统。该系统对信息不确定性具有较强的鲁棒性,能够充分地抑制虚警。在某机电跟踪与稳定伺服平台BIT系统上进行了仿真研究,结果表明机理分析正确,所提方法有效。     

基于DSPN的多阶段任务系统测试性需求建模与分析

针对多阶段任务系统(PMS)的测试性需求分析问题,提出了一种基于确定与随机Petri网(DSPN)的系统级测试性需求模型(PMS-DSPN)和指标确定方法.PMS-DSPN模型包括系统网(SN)和阶段网(PhN)两部分,每个SN对应于各个子阶段任务的GSPN测试性需求模型;PhN对应于各个阶段任务间的转换过程,并通过关联矩阵进行描述.基于该模型得到PMS任务成功率计算方法,并结合PMS维修代价、测试性设计代价计算方法,构造了系统级测试性指标优化分析模型,进而确定PMS系统级测试性指标.最后通过实例验证该方法的有效性.     

BIT分析的三态马尔可夫模型

BIT虚警率高阻碍了BIT效能的充分发挥和更广泛、更深入的应用,如何在故障检测率一定的条件下,降低虚警率将成为一个亟待解决的问题。通过将系统状态划分为正常、间歇和故障三种状态,建立了三态马尔可夫模型。分析了三态模型的合理性、与两态(正常状态、故障状态)模型的关系,并对两者进行了对比。理论分析表明,基于三态模型的BIT与基于两态模型的BIT系统相比,其能力与性能得到了提高,在提高故障检测率的同时,还可以降低虚警率。     

基于AADL体系结构模型的构件系统可靠性评估

为了支持新一代航电系统在体系结构设计阶段进行系统可靠性分析和评估,对复杂嵌入式系统利用体系结构分析与设计语言(architecture analysis and design language, AADL)进行系统的建模。提出了一种基于AADL系统体系结构模型的可靠性建模方法,设计出一套转换规则,对AADL体系结构模型的软硬件构件进行模型转换,实现从AADL系统体系结构可靠性模型到系统体系结构广义随机Petri网(system architecture general stochastic Petri net,SAGSPN)的转换,并基于加权的SAGSPN可靠性计算模型对系统进行可靠性评估。最后通过对某飞控系统进行可靠性评估,验证了方法的有效性,证明该方法对航电系统的体系结构设计提供了支持。     

基于GA_GSQP算法的设备维修计划优化模型

维修工作是提高设备可靠性、保证设备正常运行的有效措施,本文建立了维修费用约束下可靠性最大的预维修计划优化模型.该模型以平均可靠性为优化目标,考虑了维修费用、维修间隔、设备运行总时间等约束.本文建立的模型为一般非线性优化问题,设计了基于全局序列二次规划方法(global sequential quadratic programming,GSQP)的改进遗传算法(GA_GSQP)进行求解.最后,在算例中以GSQP算法、遗传算法和禁忌搜索算法的优化结果作比较,分析了所设计的GA_GSQP遗传算法的优化效果.     

基于SysML的载人登月可靠性安全性需求分析

为了将可靠性安全性分析融入基于模型的航天任务设计,也必须开展详细的可靠性安全性需求分析.首先,在从需求分解、系统设计的过程中,推导得出各层系统的可靠性安全性需求;结合系统正常需求,在完成系统顶层架构设计的同时,开展功能危害分析、故障树分析等,以验证各层的可靠性安全性需求;依据可靠性安全性需求及对其的验证情况,指导设计故障处置措施,完善系统设计.以美国阿尔忒弥斯载人登月任务设计为例进行了方法验证,为开展基于模型的载人登月系统设计与可靠性安全性一体化分析提供了一种方法.     

多阶段任务系统(PMS)可靠性模型研究

多阶段任务系统(phased mission system,PMS)包含了一系列具有时间连续且不相互覆盖的基本任务阶段。针对系统特点,对PMS的两种可靠性模型进行了初步的讨论和分析,并提出了一种对包含可修任务的PMS系统可靠性评估的方法。该方法从任务可靠度的角度描述了系统的可靠性,并结合可用度、可信度等描述参数建立了新的评估模型。最后从理论上分析了此方法的可行性,并通过实例验证了其有效性和正确性。     

信息化陆战场多传感器系统可靠性模型

信息化陆战场上,多个传感平台(装备)综合集成为多传感器系统以实施信息收集与融合,故需要对其可靠性模型问题进行探讨。采用将战术任务转化为技术体系结构的方法,从系统及其组成部分的工作原理和功能关系出发,提出了多传感器系统的作战体系结构和功能体系结构,并在故障描述的基础上,建立了其可靠性框图与可靠性数学模型。对多传感器系统进行的可靠性预计与分配,表明该可靠性模型可以应用于可靠性研究、分析和设计中。     

基于PoF模型的电子产品可靠性参数计算方法

现有的基于失效物理(physics of failure, PoF)模型的可靠性预计只能计算电子产品在寿命周期内经历单一典型任务剖面的失效时间。本文提出了一种基于失效物理模型,并利用蒙特卡罗仿真定量分析电子产品在寿命周期内实际经历多任务剖面的可靠性水平的新方法。将该方法应用于某机载电子设备的平均失效前时间(mean time to failure, MTTF)的计算,建立失效率和可靠度的时间函数,与目前国内工程实践中常用的失效率经验模型法以及设备可靠性强化试验的结果进行了对比分析。结果表明,该方法不仅可以计算可靠性参数,而且通过分析与计算过程可发现设计薄弱环节与可靠性参数的定量关系,有效指导设计改进。     

复杂设备BIT系统几种典型虚警的数学分析

机内测试(Built-in Test,BIT)技术是改善系统或设备测试性和诊断能力的重要途径,它能够提高设备内部检测和隔离故障的能力、简化设备维修、降低全寿命周期费用,但是较高的虚警率一直是阻碍BIT广泛应用的一个重要原因.在对复杂设备BIT系统建立数学模型的基础上,分析了BIT系统几种常见虚警的机理模式,并以此提出了相应的技术解决路线,这对BIT系统的故障诊断设计具有参考价值.     

n/k(G)表决冗余多阶段任务系统可靠性优化模型

提出采用多阶段任务系统（phased mission systems, PMS）冗余故障树模型和PMS冗余二元决策图（binary decision diagram, BDD）模型来描述冗余多阶段任务系统;通过递归法实现PMS冗余故障树模型到PMS冗余BDD模型的转换,从而得到整个PMS的最小割集;在分析n/k(G)表决冗余模块在PMS中可靠度计算模型的基础上得到整个PMS的可靠性计算模型。以费用最小为目标,构建多阶段任务系统可靠性冗余优化模型,并应用微粒群算法对模型进行求解。算例通过一个三个阶段n/k(G)表决系统来阐述该方法的应用,并验证了模型的合理性及算法的有效性。     

基于任务可靠性的多阶段系统设备投入策略优化模型

为保证多阶段任务系统的高可靠性,在执行各阶段任务的过程中不仅会设置设备备份,同时也会设置复杂的任务执行方案备份.本文通过研究多阶段系统在各阶段的可执行任务状态空间、状态转移关系以及各阶段之间的状态影射关系,构建了该类系统的Markov可靠性模型.并以各阶段初的设备投入策略作为决策变量,系统的任务可靠性作为优化目标,设备投入工时作为约束条件构建了多阶段系统的设备投入策略优化模型.算例分析表明,本文模型利于对多阶段系统开展可靠性分析与系统的设备投入策略分析.     

基于可靠性的软件构件费用分配最优模型

针对软件系统可靠性和费用分配问题,给出了一种基于可靠性的软件构件费用分配最优模型。将软件系统可靠性定义为软件构件失效率、操作剖面、构件使用矩阵以及软件无失效运行的规定任务时间的函数,详细描述了费用最优模型的建立和利用非线性规划理论求解模型的步骤。在求解过程中,将费用最优模型转化为Kuhn-Tucker方程,有效地处理了带有复杂计算的目标函数和约束条件的可靠性和费用最优分配问题。计算实例表明利用该模型进行可靠性和费用分配是可行的。     

装备体系多阶段任务可靠性高效解析算法

体系作战任务可靠性的实时评估是未来作战的必然要求。为了实时计算装备体系多阶段任务可靠性,基于k/n(G)表决模型,设计了一种考虑冗余的可靠度高效解析算法。在体系结构分析及任务概述基础上,建立了冗余故障树以及由冗余故障树转化的二元决策图(binary decision diagram,BDD)模型。针对传统可靠性解析计算算法复杂度高的问题,本文利用递归算法改进了k/n(G)表决模型的计算过程,提高了计算效率。以航空装备体系远程目标打击任务为例,数值计算表明,本文的改进解析算法有效得出了体系多阶段任务可靠度计算结果,且相比传统算法运算效率得到显著提高,有利于应用到体系作战任务可靠度实时计算评估,指导任务统筹和规划。     

面向动态任务的作战单元两等级两层级可修复备件优化

针对作战单元执行任务前备件保障方案制定难的问题,在对作战任务和备件保障系统分析的基础上,对可修复备件控制多级技术（multi-echelon technique for recoverable item control, METRIC）经典模型进行了扩展,提出了作战任务和保障能力动态变化条件下的作战单元两等级两层级任务成功性评估模型。以备件购置费用为优化目标函数,作战单元任务成功性为约束条件,建立了基于作战单元任务成功性的备件优化模型,运用边际效应方法给出了优化模型的求解方法。通过应用实例给出了相应的备件优化方案和优化备件方案下的作战单元任务成功性评估曲线。该模型可为装备保障指挥人员根据作战任务和保障环境制定备件保障方案提供一定的决策支持。     

基于SEBS-TOMS分层组合框架的导弹武器系统可用性建模与仿真

研究部署与任务期间导弹武器系统可用性建模方法与仿真实验设计。阐述了可用性概念,明确了量化指标,构建建模与仿真(modeling and simulation, M&S)一体化框架,利用分层组合的思想,提出了基于体系-实体-行为 状态(system-of-system, entity, behavior, state, SEBS)的可用性建模方法,即以体系组织集成建模为框架,以变结构实体建模为主体,以可用性为中心的行为建模为支撑,以基于故障与战损的可用状态建模为核心,并对模型的形式化描述展开研究。探讨了仿真实验设计的关键技术,提出基于测试 使用-维修-保障(test, operation, maintain, support, TOMS)的实验空间串联分割方法,并对随机变量建模、仿真优化设计、仿真系统可信度评估进行阐述。仿真结果表明,该分层组合评估方法快捷有效,仿真实验设计合理可行,极大地提高了可用性评估和分析的效率,为精确保障奠定了基础。     

考虑概率型共因失效的多阶段任务系统可靠性分析模型

针对多阶段任务系统(phased-mission system, PMS)任务可靠性受概率型共因失效(probabilistic common cause failure, PCCF)影响的问题, 提出一种基于贝叶斯网络(Bayesian network, BN)的PCCF-PMS分析模型。首先, 研究基于BN的PMS表征方法, 建立不考虑共因失效的PMS基础BN模型, 即PMS-BN。其次, 构建共因空间节点, 并研究在共因空间节点影响下系统模型参数的修正方法。最后, 引入共因节点对PMS-BN模型进行扩展, 实现考虑共因失效影响的PMS可靠性量化分析。以地球同步轨道卫星的首次变轨任务为例说明所提模型的正确性, 分析结果表明, 共因失效问题对于PMS的可靠性存在显著影响。PCCF-PMS模型能够综合处理受概率型与确定型共因失效影响的PMS可靠性分析问题。所提模型适用于共因事件间呈独立、互斥、统计相关等统计关系的情况, 且网络模型规模可控。     

月地应急返回轨道优化设计

针对载人登月任务中的应急返回问题,对基于三脉冲变轨的方案进行优化设计。以圆型限制性三体问题(circular restricted three body problem, CR3BP)模型为基础,采用球坐标形式的月球返回运动模型。考虑环月轨道面、月球最小安全距离、终端近地距等约束,采用MultiStart算法对月地应急返回轨道进行全局优化。通过大量的计算仿真,验证了所提算法的有效性和可行性,并分析了不同轨道参数对性能指标的影响。研究结论对未来载人登月应急返回方案的设计具有重要的参考价值。