利用形式化方法的机电系统概率失效模式及影响分析

针对传统的失效模式及影响分析中依靠领域专家分析判断系统单元失效与系统故障之间的关系,分析烦琐、容易出错且难以计算故障概率的问题,将形式化技术引入机电系统失效模式及影响分析中,提出了基于概率模型检测的机电系统概率失效模式及影响分析方法。基于机电系统中的状态变迁,研究了机电系统行为过程的随机模型及其形式化表达,建立了面向概率失效模式及影响分析的系统形式化随机模型;基于连续随机逻辑对系统的潜在故障进行了形式化规约,构建了潜在故障的概率形式化规约表达式;利用概率模型检测器对系统的随机模型和潜在故障进行形式化验证,从而辨识单元失效与系统潜在故障之间的关系,并自动计算单元失效所导致的系统故障概率,提高了失效模式与影响分析的准确性和效率。该方法不仅可以借助概率模型检测迅速准确地识别单元失效与系统潜在故障之间的因果关系,还可以自动计算系统故障概率。将该方法应用于数控机床进给系统,成功辨识出了限位开关失效所导致的系统故障并计算出了故障概率,从而验证了方法的可行性。     

温度传感器失效对航空发动机温度限制保护的影响分析

中国民用航空局颁布的《航空发动机适航规定》(CCAR-33R2),其中33.28条款对发动机控制系统做出了系统需容忍"单点故障"的规定.然而,传感器失效在所难免,而限制保护是发动机控制系统的重要组成部分.为保障控制系统安全可靠的运行,提高局方在传感器失效状态下对控制系统适航审查的能力,掌握传感器失效下限制保护的影响,进而为适航审定提供一定技术支持.在传感器失效下,探究了航空发动机限制保护控制系统的影响.利用MATLAB/Simulink平台搭建涡轮温度控制系统,以电流信号表征传感器故障,并针对高压涡轮出口温度(T48)的控制,设计了温度限制保护装置,并设定温度限制进行仿真分析.结果表明:过渡过程中,温度限制保护的两次切换可有效解决系统超调过大的现象,而传感器失效和改变参数的限制值均会对限制保护的切换时刻造成超前或滞后等影响,而对限制时间造成缩短或延长的影响.     

民用航空发动机控制系统时间限制派遣方法

时间限制派遣方法允许航空器降低余度派遣。应用该方法对航空发动机全权限数字电子控制系统进行已知故障状态下的保留故障放行,并确定保留故障时间。在满足机队平均丧失推力控制率下,根据控制系统内部余度元件单个故障导致瞬时丧失推力控制事件的概率进行故障分类,并确定允许单个故障派遣的部件。建立控制系统简化状态的开环马尔可夫计算模型,利用MATLAB软件求解在选取保留故障时间内的丧失推力控制率。在适航要求允许的丧失推力控制率范围之内,确定最长的限制派遣时间。结果表明该方法是航空器型号合格审定的一种有效方法,也是制定航空器主最低设备清单和维修大纲的一种有效方法。     

多态k-out-of-n:G型系统可用性评测

事务处理型计算机可采用冗余等容错计算技术以延长无故障运行时间和增加可用性。为了评测事务处理型容错计算机的可用性,该文将其抽象为由独立同分布部件组成的多态k-out-of-n:G系统。针对这一类事务处理型容错计算机建立系统模型,考虑系统在不同工作状态等级下的维修率存在差异,利用状态转移方程推导得到系统可用度的表达式。进一步提出基于故障注入的平均修复时间(MTTR)测试方法,通过实地测量来获取不同工作状态等级下的系统维修率,并设计了故障集以及测试方法。     

离散时间下串联可修系统的状态转移模型

针对离散时间下由n个不同部件组成的串联可修系统,假定系统中任一部件的故障率和修复率都为正的常数,本文建立了基于故障率和修复率的系统状态转移模型.然后,在此基础上推导出系统可靠度、系统首次故障前平均时间和瞬时可用度等可靠性指标.最后,给出一组算例来说明该模型.     

离散时间下的单部件可修复系统的可靠性分析

针对当前工程领域中存在大量离散问题,提出了时间参数为离散的假设,然后对单部件可修系统进行了研究,利用更新过程的方法,建立了基于故障率和修复率的系统状态转移模型。在此基础上得到了系统可靠度、可用度、平均故障次数等可靠性指标。最后,该文给出一个数值仿真来说明上述模型的有效性。     

FJ44-1AP发动机FADEC系统解析及故障分类

本文对安装在FJ44-1AP发动机上的FADEC控制系统按照其组成和功用进行了较为全面的解析;为便于机务维护人员更好地完成发动机的排故工作,本文对FADEC存在的故障按照其严重程度进行了较为详细的分类。     

基于多态故障树的伺服刀架可靠性分析

为了描述工程实际中某些故障现象的退化过程,定义了两状态事件、多状态事件和多态表决门单元,并提出多态故障树的建造方法.首先从系统故障顶事件逐级细分出可能出现的各种故障模式,根据实际工况将故障模式分为功能失效模式和状态恶化模式两大类,分别视为两状态事件和多状态事件;然后判断出各故障模式对应的所有故障部位,视为多状态事件.不同状态事件间的逻辑关系通过多态表决门来表征.采用最小路集法建立基于多态故障树的可靠性定量分析模型,求解系统可靠度及事件概率重要度.将该方法应用在伺服刀架可靠性分析中,结果表明,所建立的多态故障树能描述实际工况,据此来判别影响系统可靠性的薄弱环节具有指导意义.     

具有小修和一般型更换策略的多状态退化系统

为了解决多状态退化系统问题,利用马尔可夫过程理论及补充变量法建立了微分方程组,并采用Laplace变换法及其反演方法,研究了带有小修和一般型更换维修策略的模型。假定系统连续退化成许多离散状态,在系统退化到失效状态时,实施更换函数为一般分布的更换策略,使系统修复如新;系统在每个退化状态可能随机失效,然后得到小修,得到了可靠度和首次故障前的平均时间的表达式,可用度和首次故障前的平均时间的Laplace变换式等重要的可靠性指标。该成果具有一定的理论和实际意义。     

基于状态空间法的车辆系统可靠性分析

在分析车辆的工作、失效和维修状态的基础上,根据频率平衡方程建立车辆状态之间的转化模型,利用等价转变率理论进行状态简化,将车辆失效定义为整体失效模式和部分失效模式;在考虑车辆的各种状态及其之间的相关性以及各状态之间的动态转化关系的情况下,利用状态空间法建立单车模型以及车辆系统的状态空间模型,产生子系统和系统模型的转变率矩阵;再利用MATLAB计算程序求解矩阵方程,得到系统的可靠度.通过实例计算验证了方法的正确性和可行性.     

某型航空发动机FADEC系统设计与仿真

随着飞机对发动机的性能要求越来越高,功能要求越来越多、越来越复杂,使得发动机的控制规律越来越精细,控制作用参数不断增加,导致航空发动机的相关控制系统越来越复杂.传统的机械液压式控制器无法满足当前的多参数、高精度控制的技术要求.为了获得一种具有高速运算、高精度、高可靠性并且能够实现现代控制理论中各种复杂而先进的控制算法的控制器,根据某型核心机的研究任务以及技术要求和设计思想,提出了该型核心机(航空发动机的)FADEC系统的总体设计方案,并在MATLAB下的Simulink建立了相关装置的数学模型并进行了数字仿真.仿真结果表明,所设计的FADEC系统能够提高该型发动机核心机的主要控制变量的控制精度,实现容错控制、状态监视和发动机超温、超转、喘振等各种功能保护,能够满足该核心机的控制要求,具有一定的实际应用价值.     

两个多状态部件冷贮备可修系统可靠性分析

本文分别讨论了先故障先修理和具有强拆继续型优先修理权的两多状态部件冷贮备可修系统,在假定部件从正常工作状态转向各故障状态的故障率为常数、各维修时间服从任意分布的条件下,利用补充变量方法,求得了系统所有的可靠性数量指标.     

基于蒙特卡洛改进算法的地铁电力系统可靠性评估

在分析电力系统可靠性评估基本方法的基础上,考虑到地铁电力系统故障率较低,故障状态枚举方法难以获得精确的随机状态,以及设备单元的故障信息无法通过直接抽样获取,故使用正态分布描述地铁电力系统设备单元发生故障的实际过程,提出了改进的蒙特卡洛非序贯仿真算法,并给出其求解过程,构建了地铁电力系统的结构模型、Petri网模型和可靠性评估指标,最后以南京地铁一号线电力系统设备单元初始参数为计算数据,所得结果较传统计算方法更为准确,同时能够模拟故障维修时间以及区分不同故障类型.     

基于安全性的电动垂直起降飞行器飞控系统架构设计

飞行控制系统作为电动垂直起降（electric vertical take-off and landing,eVTOL）飞行器的关键机载系统,需要具备和民机同样的安全性。为了设计满足eVTOL飞行器需求的飞控系统架构,根据适航规章梳理了安全性要求,并基于安全性要求介绍了eVTOL飞行器飞控系统飞控计算机、传感器和作动器余度设计技术,设计了一种基于安全性考虑的eVTOL飞行器飞控系统架构;分析了eVTOL飞行器旋翼构型下的典型功能危险,并采用故障树进行了安全性分析。结果表明,设计的飞控系统架构的典型功能危险能够满足失效概率的要求。     

民用飞机起落架系统适航符合性研究

＂运输类飞机适航标准＂是民用飞机设计、研制、生产及使用维护中必须满足的最低安全标准。适航工作需要从飞机以及系统方案设计阶段就着手开展。本文以当前国内某大型民机起落架系统方案为例,来说明此方案如何考虑相关适航条款,以及验证其符合性的符合性方法。     

考虑故障零件更换时间的温贮备串联系统可靠性

以2个部件的串联系统为例,为每个部件配1个相同的备件,并为系统安排2个修理工对其进行维护.在考虑修理工可协同工作和故障部件更换需要时间的情况下,以保证系统正常工作为前提,建立该系统模型.通过状态转移率矩阵,建立了系统可用度、可靠度、故障频率及首次故障前平均时间等可靠性指标的计算模型.计算结果表明,系统稳态可用度随子系统部件寿命增长而增长,并且当两子系统部件寿命相当时系统稳态可用度增益最明显.本研究为进一步研究复杂机械系统的可靠性提供了理论基础.     

基于广义状态观测器的广义系统稳定性分析

对于同时具有时延和数据包丢失的正则无脉冲且能检的广义网络控制系统,在传感器采用时钟驱动及控制器和执行器采用事件驱动的条件下,假设传输时延小于一个采样周期且网络中的数据包丢失率一定的情况下,将该系统建模为异步动态系统.同时由于状态观测器能够保持系统的结构性,因此在给定原系统状态反馈控制器的前提下,利用广义李雅普诺夫函数和线性矩阵不等式方法验证观测器系统的指数稳定性.最后仿真实例证明了该方法的有效性.     

民用飞机刹车系统适航符合性考虑

本文以某民用运输飞机的刹车系统为例,分析了当前民航运输类飞机标准CCAR25部中刹车系统主要适航条款,提出了刹车系统航条款的符合性说明方法和验证思路。     

特长公路隧道复杂风机网络协同控制系统架构

为了解决传统特长公路隧道通风控制系统架构的及时性、可靠性差,不能实现风机协同控制的问题,为满足隧道复杂风机网络通风运营需求,设计了一种基于信息物理系统(CPS)的特长公路隧道复杂风机网络协同控制系统。该系统由感控层、信息层、应用接入层、应用层和CPS层5个层级组成。感控层利用风机集群划分和嵌入式控制模块实现对隧道环境、交通量等因素的感知和局部控制。信息层通过对风机控制事件/信息优先级划分和基于发布/订阅方式的数据分发服务,提高数据传输可靠性和风机控制时效性;应用接入层通过CPS中间件,实现系统语义和时间的统一,提高数据利用效率,提升隧道风机控制的可操作性;应用层针对隧道运营服务一体化要求,给出了隧道运营的照明系统、供配电和消防系统和所设计的通风系统并行控制的接口;CPS层对感控层和信息层进行反馈控制,实现复杂风机的协同控制。该系统架构提升了特长公路隧道风机控制智能化、信息化水平,满足面向服务的隧道风机运营需求。