多状态系统的动态可靠性度量及重要度分析

为有效表征性能退化条件下多状态系统的可靠性,确定各组件(状态)对系统的影响,文中对性能状态进行分析,提出了新的动态可靠性度量指标和性能水平限制下的重要度计算方法.首先,针对多状态系统马尔可夫过程的组合爆炸问题,应用通用生成函数法求解系统(组件)各状态的概率和可靠度、性能状态期望值、性能状态平均期望值和性能状态驻留时间长度等4种动态可靠性度量指标.然后,为满足系统(组件)的不同性能需求,综合评估各组件(状态)对系统的影响,用性能期望值定义了给定性能水平下的Birnbaum重要度、Fussell-Vesely重要度、风险业绩值和风险降低值.四缸柴油机燃油供给系统的实例结果表明,文中方法既可准确地求解系统及其组件(油泵和喷油阀)的性能状态概率,以及性能退化条件下各性能状态的可靠度、期望值、平均期望值和驻留时间长度,又能根据性能水平限制下的4种重要度综合评估各性能状态及组件对系统的影响,有助于识别出系统最薄弱的环节,提高系统可靠性.     

深水防喷器组井口连接器可靠性研究

通过分析深水防喷器组位于井口时井口连接器的工作状态和重要失效模式,建立水下井口连接器的Markov模型,得到计算系统瞬态和稳态可靠性指标的公式。以墨西哥湾的防喷器可靠性数据为例,定量求解水下井口连接器的瞬态、稳态可用度和平均无故障时间MTTF,研究模型中状态转移概率对系统的稳态可用度和MTTF的影响。结果表明:水下井口连接器具有很高的稳态可用度和MTTF;降低水下井口连接器在正常运行期间发生"外部泄露"和"解锁失败"故障的概率可以有效地提高系统稳态可用度和MTTF,而在测试期间发生故障的概率对系统性能的影响较小。     

双模随机晶体场对混合自旋1/2和自旋1纳米管磁化强度的影响

本文利用有效场论研究了原子掺杂对纳米管晶格点磁化强度的影响. 结果表明, 掺杂程度、晶场取值概率、最近邻交换相互作用与晶场强度相互竞争, 使系统具有丰富的磁化特性. 当负晶场作用于系统时, 系统发生一级相变. 负晶场越强, 对系统磁化强度的阻碍作用越明显. 当晶场参数和掺杂程度不同时, 系统磁化强度随温度的变化表现出奇异性.     

信道估计误差下载波频偏对MIMO-OFDM系统性能的影响

多入多出-正交频分复用(MIMO-OFDM)系统中,信道估计误差和载波频偏是客观存在的.为研究MIMO-OFDM系统存在信道估计误差时载波频偏对系统的影响,文中使用迫零检测和Wishart分布的近似处理,从理论上推导出了瑞利信道和莱斯信道估计误差存在下,MIMO-OFDM系统受载波频偏影响的信干噪比及其概率分布,据此推导出了信道估计误差存在时载波频偏对系统平均差错概率和中断概率的影响.仿真结果表明,当系统存在信道估计误差时,较小的载波频偏会对系统产生较大的影响.     

列车跟踪系统故障树分析

列车跟踪系统在工作过程中受到接收器故障、发送器故障、手动介入等的作用,致使输出信息异常、手动介入定时不当,导致了列车跟踪中断。分析了影响顶事件(列车跟踪中断)失效的各种因素,建立了列车跟踪系统的故障树。利用故障树分析法对系统进行定性分析和定量计算。同时计算故障树的最小割集和系统在工作时部件的概率重要度及关键重要度和顶事件发生的概率。在此基础上,对影响列车跟踪的各主要因素进行了分析,并对其提出了相应的改进措施。     

一种光通信系统可用度计算方法

为了研究光纤通信系统无中断工作的能力 ,计算通信系统可用度具有重要的意义。在 ITU- T G.911光通信系统可用度计算的基本原则下 ,建立了系统状态的 Markov模型和状态转移概率矩阵 ,并利用稳态 Markov模型中状态转移概率平衡的特点求解稳态概率。再利用网络拓扑结构和保护机制的信息 ,通过简单的概率运算得到系统的稳态可用度。在这种计算方法的基础上分析了 SDH的自愈保护机制以及各种故障对系统可用性的影响。在计算结果的指导下 ,可以知道为了达到特定的可用度 ,通信设备和光纤必须具备的正常工作时间和出现故障后的最长修复时间     

太阳能热气流电站系统的热力学分析

对太阳能热气流电站系统进行了热力学理论分析，将整个系统分成集热棚，风力透平和烟囱三个子区域，分析每个子区域内工质热力学过程，研究各参数变化影响因素，并对系统压力场进行分析．首次提出了能量利用度的概念，并对不同尺寸的太阳能热气流电站的性能进行了分析计算．结果表明：太阳辐射能和涡轮机负荷对系统能量利用度有显著影响，而且系统能量利用度随着太阳能热气流电站的规模增大而增大．该计算结果将为建设不同规模的太阳能热气流电站提供理论依据．     

基于多重重要抽样法的联合偏振效应功率代价计算

采用重要抽样法研究了偏振模式色散(PMD)和偏振相关损耗(PDL)对10Gbps OOK和DPSK光纤通信系统的影响,计算了在误码率为10-12时的功率代价和系统失效概率.仿真结果表明系统失效概率随偏振相关损耗成指数增长.在其它条件相同的情况下,DPSK系统性能总是优于OOK系统.当设定功率余量为3 dB和失效概率为10-66时,在PMD＝20 ps,DPSK和OOK系统对偏振相关损耗忍受度分别可达1.25dB和0.8dB左右.     

一类T-S模糊广义系统的非脆弱H∞控制

在状态空间下,针对一类T-S模糊广义系统,研究了其具有反馈增益变化的H∞状态反馈控制器的设计问题,即设计的控制器当自身受到外部扰动时仍能完成对系统的镇定并满足H∞性能.利用Lyapunov稳定性理论,采用线性矩阵不等式(LMI)的处理方法,提出了T-S模糊广义系统的非脆弱状态反馈H∞控制器存在的充分条件,并进一步给出了保证T-S模糊广义系统H∞性能指标的非脆弱状态反馈控制器的设计方法.数值仿真表明该方法的可行性和优越性.     

基于SWIPT NOMA的星地系统性能分析

为了提高星地系统的资源利用率和用户公平性,提出一种无线携能(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT) 非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)技术辅助星地系统的传输方案.首先,在非理想信道状态信息(channel state information,CSI)条件下研究了系统的中断性能,并推导了中断概率表达式.其次,通过分析渐近中断概率,发现由于存在非理想CSI导致中断概率在高信噪比区域出现了错误平层.此外,还研究了不同程度的信道估计误差和阴影衰落对系统吞吐量和能量效率的影响.最后,通过数值仿真结果验证了理论推导的正确性和SWIPT NOMA技术引入星地系统所获得的性能增益.     

Characteristics of Integrated Importance Measure for Whole Lifetime-Oriented System Performance Evaluation

Importance measures are being widely used to characterize the importance of component in systems.Focus on the integrated importance measure(IIM)of the whole lifetime measure based on the transition rates of component states.To describe the impact of each component in whole lifetime,the IIM is generalized in nonrepairable and repairable systems at first.Then,their formulas are computed in series and parallel systems.Finally,the characteristics of generalized IIM in typical series systems and parallel systems are analyzed.The results show that the generalized IIM of component can evaluate the expected effect of component state on the system performance in whole lifetime.     

多态系统中具有非一致状态的元件重要度评价

多态系统可靠性研究中常见的重要度评价主要包括:评价给定元件对系统可靠度的影响和评价给定元件的特定状态或状态集合对系统可靠度的影响。针对元件的重要度分析往往假设元件状态和环境因素一定的情况下,系统具有一致的可靠性表现。然而在系统实际运行中,部分元件存在非一致性状态,在故障下元件状态不变,却引起系统的降级运行甚至崩溃。该文研究了具有非一致性状态的元件重要度评价方法。通过大量故障注入实验验证元件非一致状态对系统可靠性的影响,在传统的重要度评价方法基础上结合对实验结果进行统计和分析提出多态系统下非一致状态的元件重要度评价方法。对示例系统的分析表明:该重要度评价方法相对于传统方法能够更有效地反映非一致状态的特征以及故障的影响。     

基于模型诊断的贝叶斯解释及应用

在基于模型诊断的基础上，建立了贝叶斯模型．该模型首先假设系统的所有状态都是可能发生的，并对系统中的各个元件设定一个先验概率．当系统的观测与预期不符合时，利用最小冲突集的概念得到系统可能的状态．之后根据各个系统状态的对应概率计算出元件发生故障的后验概率，该后验概率本质上是一个边缘概率分布，它在数值上表示了元件发生故障的可能性，确定了故障查找顺序．用一个数字故障电路的实例验证了该方法的有效性，井对其存在的问题进行了讨论．     

Reliability Evaluation and Sensitivity Analysis for Multi-state System Based on Time Degradation Measures

The performance and state of multi-state system depend on its structure and different state combinations of the components. In order to evaluate the reliability of multi-state system effectively,a reliability evaluation and sensitivity analysis method based on the time degradation measures was proposed. The equivalence sets of the multi-state system under different output performances were established. The state combinations were classified according to the performance level. The degradation probability models under different states were established,and the new reliability measures,such as dynamic probability of multi-state system,holding time in each state,dynamic expectation function and integrated expectation function of the performance,were proposed and used to implement the dynamic reliability evaluation and sensitivity analysis. A certain diesel engine fuel feeding system was taken as an application example to illustrate the proposed method. The results show that not only the holding time in the desired state of the components and the system can be predicted,but also the best state component in a certain time period can be obtained.     

Reliability Study on the Risk Precontrol Management System of Coal Mines Safety

Risk precontrol management system of coal mines safety（ RPMSCS） provides a set of preventive safety management strategy for high-risk coal industries, which has captured extensive attentions. Fundamentally,there are several membership systems with subsystems in the management system, and the subsystem reliability has an important influence on the management system performance. Through analyzing the structure characteristics of the management system,the phase type distribution was employed to analyze its subsystem reliability by considering repair process and three states including working,fail-abnormal,and fail-emergency states. The reliability indices of the subsystem were derived respectively,including the probabilities that the subsystem in three states,mean time to the first failure, mean time to first failemergency,mean working time to first fail-emergency,and mean maintenance time to the first fail-emergency, are derived respectively. The probabilities of the membership systems and the management system in three states were also derived. Some numerical examples were used to show the procedures. The result is important for better understanding the management system operation and improving its operational performance from the respect of system reliability.     

Ad-Hoc网络中基于状态转换概率的中继选择算法研究

在多跳Ad-Hoc网络中,随着节点的增加以及传输跳数的变化,网络状态数目将不断增大,随之带来的路由计算将变得十分复杂,从而严重影响系统的整体性能。如何在海量的网络转换状态形势下,快速选择最有效的状态进行下一跳数据传输是关键。创新地提出了基于状态转换概率的中继选择策略,结合节点地理信息和信道环境信息计算出邻居节点可能的到达概率,并选择概率大者进行数据传输,从而提高数据传输性能。同时,为了降低系统运算复杂度并节省系统能量,采用了变换的metropolis选择准则,以模拟退火的贪心搜索逐级去除那些小概率的传输状态,从而大幅度降低了运算空间。仿真给出了算法参数对运算速度与成功率的影响。同时,也表明了该算法在网络拓扑变化时对系统能耗和失败概率的增长均有较好的控制。     

基于Ion-Channel的故障多态安全关键系统可靠性研究

通过分析安全关键系统的特点,综合考虑了不同的部件失效模式、维修模式导致系统的不同安全性,建立了部件故障三态、系统故障多态模型.由于系统中每一个部件有工作、安全和危险3种状态,系统状态数随着部件数的增加急剧增加,此情况与生物学中离子通道模型极为相似,作者利用生物学中Ion-Channel理论来聚合系统状态,从而得出一些重要的系统分布和可靠性指标,该模型对系统故障进行了更为细致的划分,提高了分析的准确性.     

性能衰退对发动机控制计划拐点的影响

在双转子涡轮风扇发动机的使用过程中,发动机控制计划拐点可能发生改变,这一改变会对发动机性能产生影响。为研究航空发动机性能衰退后对发动机控制计划拐点的影响,采用部件特性修正航空发动机部件级模型的方法,应用发动机大修厂出厂前和维修前试车数据对发动机部件级模型进行修正;构建个性化单台发动机衰退后模型,分析了控制计划拐点提前及主要部件衰退对发动机性能的影响。对发动机部件性能衰退情况进行研究,分析了排气温度的变化情况,发现随着涡轮风扇发动机部件的衰退,排气温度升高,将导致发动机控制计划拐点前移。结果表明,发动机性能衰退后,发动机控制计划的拐点会大幅度前移;控制计划的拐点前移将导致起飞时发动机最大状态的推力损失量增大到未衰退时的3.65%;相较于发动机性能衰退但不考虑控制计划变化,推力降低0.5%。     

负载分担下可修的并联系统模型

提出了一个负载分担可修的并联系统模型，在系统中，n个并联部件是可修的，一个部件失效，将会导致剩余部件有更高的负载，从而引起更高的失效率，假定每个部件仅有2种状态；工作或失效，那么系统的状态过程是一个时齐的离散的马尔可夫链，它可以产生1列微分方程，借助于拉普拉斯逆变换可计算出该模型的主要可靠性指标－系统的可用度及可靠度，最后，以一个特例证明了本文的模型是并联系统的推广，同时也说明用本文的方法来计算负载分担可修的并联系统可靠性是切实可行的。     

近独立粒子系轻度偏离平衡态概率分布问题研究

近独立粒子组成的孤立系统处于统计平衡态时,系统可能处于热力学平衡态,也可能偏离热力学平衡态,出现非热力学平衡态.不同的宏观状态(或分布)所包含的微观状态对宏观物理量的贡献是不同的.对系统不同分布的热力学概率进行了研究,获得了系统轻度偏离平衡态的概率分布规律,从而揭示出系统处于统计平衡态时宏观性质不随时间变化的物理本质.