执行器随机失效系统鲁棒预测容错切换控制

针对一类具有执行器随机失效问题的离散线性系统,提出一种基于故障概率情况下的鲁棒预测容错切换控制方法。首先,将工业过程建立成新型多自由度状态空间模型,设计含有故障概率的容错控制器;其次,引入系统故障和其恢复时的随机概率,利用李雅普诺夫判据给出基于线性矩阵不等式形式的稳定性条件,再通过指数稳定的相关证明求解出不同执行器切换时的稳定条件,以保证系统故障时容错控制与无故障时常规控制间的切换;然后,控制器设计时还充分考虑了设定值变化时所产生的跟踪误差带来的影响。最后,通过仿真结果验证了所提方法的可行性。

随机失效指标在继电保护状态评价中的研究与应用

在考虑继电保护随机失效的情况下,提出并分析了继电保护随机失效指标和随机失效率。分析表明,随机失效指标可以通过指数函数描述继电保护的可靠性。在此基础上,根据继电保护系统的实际构成,修正完善了基于随机失效指标的继电保护可靠性模型,并确定了相关随机失效率参数的确定原则。另外,假设随机失效率为常数并与时间无关,构建了实用的继电保护随机失效可靠度函数,以及设备随机失效可靠度计算方法。该方法在重庆电力公司继电保护设备状态评价分析中得到了应用。应用效果表明,该方法能够在一定条件下计算出继电保护设备的随机失效可靠度,反映设备健康状况。

考虑随机失效阈值的退化数据建模分析方法

针对退化过程中随机失效阈值分布难以确定,无法直接引入到退化数据建模分析过程的难题,提出一种将失效阈值的随机性转移到易于获得分布参数变量中的建模分析方法,给出退化试验数据和加速退化试验数据的建模分析步骤.结合实例分析表明:将失效阈值随机性转移到易于获得分布参数变量中的建模分析方法可行,避免了复杂的数值计算;同时,该方法能够为高可靠长寿命产品提供更符合实际的可靠性评估结果.

808nm大功率激光二极管随机失效分析

对10只808nm大功率激光二极管进行室温恒电流老化,4只器件出现随机失效。采用高倍显微镜、激光扫描共焦显微镜和扫描电子显微镜(SEM)等方法对失效器件的近场光斑、腔面形貌、p面形貌及谐振腔截面形貌等进行了观察分析。在失效样品的芯片腔面或内部发现了不同程度的晶体熔毁缺陷,并且发现激光二极管功率衰减幅度与熔毁缺陷的位置及严重程度有关,确认芯片有源区的晶体熔毁缺陷是导致808nm大功率激光二极管随机失效的主要模式。分析认为材料生长过程的晶体缺陷、芯片制作过程中引入的损伤粘污缺陷以及封装过程中引入的损伤缺陷可能是晶体熔毁缺陷产生的最初原因。某些缺陷在加电老化过程中不断生长变大,造成谐振腔内损耗增加,激光二极管输出功率降低;同时谐振腔内光损耗导致芯片局部温度升高,加速缺陷生长变大。这种反馈过程使缺陷生长加速,在相对较短的时间内形成大面积晶体熔毁,导致激光二极管灾变失效。提高大功率激光二极管可靠性的根本方法是降低芯片制造过程引入的缺陷,同时严格控制封装散热以及封装应力。

机器随机失效的作业车间生产与维修的集成调度

生产过程中设备的可靠运转是生产作业计划有效执行的重要保障,生产计划与设备维修计划具有相互影响的关系,二者之间的矛盾处理不当易造成生产资源闲置和时间成本增加。论文考虑作业车间内机器可能发生的随机故障,其失效概率服从威布尔分布的情况,根据机器实际状况采用不完美预防性维修与最小化维修的策略来保障机器的可靠性,以最小完工时间为目标,建立生产与维修的集成调度数学模型。通过设计基于工序的编码、线性顺序交叉算子、互换操作和精英保留策略,给出模型求解的遗传算法,最后通过实例验证所建模型的正确性以及算法求解的有效性。

考虑随机失效阈值的设备剩余寿命在线预测

退化失效阈值是影响设备剩余寿命预测的重要因素。针对现有剩余寿命预测方法忽略失效阈值随机性影响的问题,提出考虑随机失效阈值的设备剩余寿命在线预测方法。首先,基于带测量误差与随机效应的非线性Wiener过程构建设备退化模型;其次,采用极大似然估计(maximum likelihood estimation,MLE)算法估计退化模型参数与随机失效阈值分布系数;然后,在考虑随机失效阈值的基础上推导出设备剩余寿命的概率密度函数(probability density function,PDF),并基于Bayesian原理实时更新退化模型参数,实现对剩余寿命的在线预测。最后,将该方法应用于陀螺仪剩余寿命在线预测分析,结果表明该方法能够有效提高剩余寿命预测的精度与准确性。

考虑非线性退化与随机失效阈值的剩余寿命预测

针对广泛存在的非线性退化设备,现有方法尚未考虑随机失效阈值对剩余寿命预测结果的影响。因此,通过对设备性能退化过程进行分析,提出了一种综合考虑非线性退化与随机失效阈值的剩余寿命预测方法。基于Wiener过程构建了考虑个体差异与测量误差的非线性退化模型;基于卡尔曼滤波算法建立状态空间模型以实现对退化状态的在线更新;基于极大似然法估计失效阈值分布系数估计方法,得到随机失效阈值的概率分布;基于随机失效阈值推导出剩余寿命的概率分布,实现对剩余寿命的在线预测。算例研究表明,所提方法可以有效地提升剩余寿命预测的准确性,具备一定工程应用价值。

长航时飞行器多元件随机失效模型与损伤评估

为评估飞机服役过程中出现的多元件损伤,根据元件疲劳特性建立了随机失效模型,基于元件失效寿命计算广布疲劳损伤平均行为,从而确定飞机检查修理时刻。通过五隔框机身段算例验证所提模型的有效性,研究模拟次数及概率分布模型对多元件损伤结构检修时间的影响。根据七隔框机身段疲劳试验结果进行多元件损伤评估,给出结构检查修理时刻。结果表明,评估结果与算例数据吻合良好,正态回归模型能够更好地模拟结构失效特性。

ISO 26262中硬件随机失效度量指标(PMHF)的分解

在ISO 26262的ASIL分解的安全行为中,标准解释为ASIL分解的相关方法针对的是系统性失效,而不是硬件随机失效。因此,ISO 26262不允许对硬件随机失效相关的度量指标进行分解。本文尝试在某些限定的分解情况条件下,从失效概率的计算角度分析对硬件随机失效度量指标进行分解,判断能否满足分解之前的失效概率要求,从而分析总结为什么ISO 26262不允许对硬件随机失效度量指标进行分解。

基于随机失效序列的日变路网动态可靠性

考虑目前缺少评估日变路网性能的可靠性指标及其计算方法,根据可靠性理论中的随机失效序列分析,定义了基于首次失效时间的动态可靠性指标.该指标定义为日变路网性能维持在可靠水平的持续天数等于指定天数的概率,描述的是路网不间断地提供可靠服务的能力.随后采用近似方法估计该指标,并基于蒙特卡罗模拟设计了相应的算法.最后通过一个测试网络表明了动态可靠性指标及其计算方法的可用性.

加权无标度网络抵制级联失效的鲁棒性研究

针对复杂网络遭遇攻击和随机失效而引发的级联失效问题,提出一种基于介数的节点加权策略,用于探讨加权无标度网络抵制级联失效的鲁棒性。通过数值模拟和理论分析发现,基于介数的策略具有与基于度的策略几乎相同的最优权重参数。在最优权重参数下,基于介数的策略使得网络更具鲁棒性,能显著降低级联失效发生的可能性和发生情况下的级联规模。

基于退化失效阈值可能性分布的可靠性建模

针对随机失效阈值下的退化可靠性分析问题,利用可能性分布表征失效阈值中的不确定性,提出了一种退化失效建模的可靠性分析方法,解决了预测模型中不确定性的传递问题。通过陀螺仪剩余寿命预测的案例研究,阐明了文中方法的有效性。

有限体积金属容器爆炸特性数值研究

为研究不同装药条件下有限体积金属容器爆炸破坏特性,采用AUTODYN 3D程序对小尺寸长方体铝合金容器的破坏进行数值仿真,同时采用Mott随机失效模型再现容器爆炸随机破片的形成。基于数值结果,重点讨论装药结构对容器爆炸破坏特性和破片飞散规律的影响。研究结果表明:AUTODYN 3D程序和Mott模型可有效分析容器的爆炸破坏特性;当炸药经一端中心起爆时,容器壳体以撕裂破坏为主,撕裂主要发生在壳体的面—面结合处;满装药和半装药爆炸时壳体压力的变化呈现出较一致的规律性,压力在爆炸瞬间达到最大值,随后迅速下降并振荡变化直至降为零。

基于节点综合故障模型的无线传感器网络容错拓扑控制方法

鉴于无线传感器网络(WSNs)存在节点能量受限和恶劣环境造成的节点随机失效频繁的特点,该文提出了面向节点能量耗尽和随机失效综合故障优化的WSNs容错拓扑控制方法。该方法利用节点能量耗尽及随机失效信息进行综合故障建模,通过获取满足网络生命期和综合故障容忍能力双重需求的节点度取值,得到可最大限度延长网络生命期,且能够有效提高对节点能量耗尽及随机失效综合容忍能力的目标拓扑。实验结果证实了方法的有效性。

城市路网的复杂网络特性及可靠性仿真分析

首先通过在路网中引进网络平均距离、节点度分布以及簇系数等概念,重点研究了城市路网映射后的复杂网络特征,以合肥市路网为例进行了实证研究。在此基础上,尝试运用复杂网络理论探讨城市路网可靠性,并以合肥市路网为例,进行了路网选择性攻击和随机失效条件下的可靠性仿真分析,其结果表明路网展现出完全不同的鲁棒性。将复杂网络理论应用到城市路网分析,进一步拓展了城市交通网络基础理论的研究思路和研究范围。

一种基于DAG动态重构的认知网络服务迁移方法

针对认知网络高度动态性带来的服务随机失效问题,提出了一种服务迁移方法以保障认知网络的QoS.首先,采用先迁移、后优化的思想,重新生成关联服务有向无环图(directed acyclic graph,简称DAG),并在此基础上提出DAG动态重构算法,将关联服务转化为层次化DAG服务;其次,计算关键服务迁移路径,并给出可迁移服务死锁避免理论分析,将迁移服务提前迁移到当前网络空闲资源运行,以缩短服务的执行时间.仿真实验测试了3种故障注入类型下网络服务迁移方案的服务性能.实验结果显示,该方法在弹性网络负载与未知故障情况下具有较好的QoS保障效果.

基于累积成本限制的k-out-of-n:F系统维护决策

为了在提高系统可靠性的同时有效控制修复成本,以k-out-of-n:F系统为研究对象,提出基于累积修复成本限制策略的维护模型,模型中考虑系统部件之间的失效相关性,根据系统中失效部件的数量m将系统故障分为两类。其中,Ⅰ类故障:系统失效部件数0<m<k,修复方式为最小修复;Ⅱ类故障:系统失效部件数m≥k,系统失效,对系统进行更换。以最小累积修复成本率为目标,采用迭代算法对模型进行数例分析,结果表明所建模型是有效且实用的。

基于Markov过程的集束型设备预防维护策略

为了更好地保障集束型晶圆制造设备运行的可靠性,同时考虑维护的经济性,建立了基于Markov过程的预防性维护策略.根据集束型设备的特点,采用大修和小修相结合的预防性维护方式,同时考虑随机失效和退化失效两种失效形式,建立了状态转移模型.依据Markov理论求得设备各状态的稳态概率及状态转移概率.再根据Markov决策理论及策略迭代算法求得最佳维护策略.实验结果表明,所提出的预防性维护策略有效可行.

对称抛物型模糊变量下的可靠性及灵敏度分析

当模糊变量的隶属函数为正态型时,可以将模糊随机可靠性及可靠性灵敏度转化为随机可靠性及可靠性灵敏度,并利用复合函数求导法则求解模糊随机失效概率对正态型隶属函数分布参数的灵敏度。对于对称抛物型隶属函数,文中提出了"改进最大最小"法和"改进等面积"法两种近似等价正态化方法,从而将模糊随机可靠性问题转换为随机可靠性问题,并利用线抽样方法分析之。算例结果表明,由于"改进最大最小"法所得的等价正态型隶属函数能在函数图形尾部更好地近似对称抛物型隶属函数,因而"改进最大最小"法更适用于模糊变量的隶属函数为对称抛物型分布时模糊随机可靠性及可靠性灵敏度的近似计算。

结构断裂模糊概率设计

阐明了结构断裂模糊失效概率设计的原理，导出了断裂模糊失效概率计算公式，并以工程实例计算说明了断裂随机失效概率与模糊失效概率的区别。