故障预测与健康管理(PHM)技术的现状与发展

 结合故障预测与健康管理(PHM)的技术发展过程,阐述了PHM的应用价值。论述了PHM技术系统级应用问题,提出了故障诊断与预测的人-机-环完整性认知模型,并依此对蓬勃发展的故障诊断与故障预测技术进行了分类与综合分析,给出了PHM技术的发展图像。针对故障诊断与预测的不确定性特征,对故障诊断与预测技术的性能要求、定量评价与验证方法进行了分析。最后,以PHM技术的工程应用为线索,提出了PHM技术发展中的几个问题。     

基于贝叶斯因子和二阶概率方法的圣地亚热传导模型确认挑战问题

针对美国圣地亚国家实验室为促进模型确认方法的发展所提出的热传导挑战问题,根据现代模型确认思想总结了该挑战问题解答中应包含的核心内容。在确认度量环节采用贝叶斯因子考察了实验数据是否支持所给模型,在此基础上通过二阶概率方法得到了模型预测的分布,以此计算出模型预测结论的置信度。该过程中考虑了模型参数的随机不确定性和认知不确定性,最后通过灵敏度分析辨识了模型参数的不确定性对模型预测的影响。研究表明该挑战问题中的实验数据支持所给模型,模型预测受导热系数的不确定性影响最大,模型预测材料在调控条件下的失效概率不满足调控要求,该结论的置信度为99.97%。     

基于加速退化试验和粒子滤波的电子设备故障预测方法

针对导弹电子设备故障预测问题,提出了一种基于综合环境加速退化试验(ADT)和粒子滤波的故障预测新方法。首先,不同于传统的ADT方案,仅以单个样本为试验对象,采用步进加速的思想,将性能退化理论拓展为加速性能退化理论(APDT),建立基于电子设备寿命退化速度的加速寿命退化模型。其次,为克服环境应力等测试不确定性因素对预测精度的影响,定义了电子设备退化度的概念,将寿命预测的不确定性问题转化为设备退化度最优估计问题,利用改进粒子滤波算法求解出电子产品动态退化的最优估计值,进而实现设备的全寿命评估。最后,实例说明该方法可行、有效,并大大提高了试验的效费比。     

基于高斯权值-混合建议分布粒子滤波的疲劳裂纹扩展预测

飞行器结构的疲劳裂纹扩展预测对保障结构安全、实现视情维护具有重要意义。结合粒子滤波算法和结构健康监测方法进行在线的疲劳裂纹扩展预测是近年来刚刚开始研究的新方法,该方法通过状态空间模型表征疲劳裂纹扩展过程中的不确定性,同时通过贝叶斯方法将结构健康监测所获取的结构实际裂纹观测值用于修正裂纹扩展模型的预测误差,实现更准确的疲劳裂纹扩展在线预测。由于该方法的研究刚刚开展,已有研究中粒子滤波算法的重要性密度函数往往简单选取为先验转移概率密度,存在严重的粒子退化问题。另一方面出于简单考虑,仅采用表征裂纹稳定扩展区的Paris模型。针对上述问题,本文提出一种基于高斯权值-混合建议分布粒子滤波的疲劳裂纹在线预测方法,基于表征裂纹全扩展区域的NASGRO裂纹扩展模型建立疲劳裂纹扩展状态方程,以主动Lamb波监测方法实现结构裂纹的在线监测,借助在线结构健康监测的优势,在粒子滤波时选取重要性密度函数为观测概率密度和先验转移概率密度的混合分布,同时基于先验估计获取高斯权值进行权值更新。本文进一步进行了仿真研究,结果表明所提出的方法优化了疲劳裂纹扩展预测的准确性。     

非合作目标交会的双层MPC全局轨迹规划控制

针对空间非合作目标近距离视线交会中的全局最优鲁棒轨迹规划与控制问题,提出了基于高斯伪谱方法（GPM）和线性时变模型预测控制（LTVMPC）的双层模型预测控制（MPC）算法。在轨迹规划方面,以视线坐标系下的相对轨道动力学为模型、能量最少和控制精度最优为性能指标构建最优控制问题,利用GPM精度高、收敛速度快的特点将最优控制问题转化为易于求解的全局非线性规划问题,在MPC框架下求解得到全局最优的标称轨迹,克服了传统的MPC不适用于全局大范围非线性规划的缺点;在轨迹跟踪控制方面,考虑预测时域内状态转移矩阵的时变特性,设计了LTVMPC算法对标称轨迹进行追踪,避免了存在不确定性时轨迹的重规划,从而降低在线计算量,保证算法在线自主实施,并且采用滚动优化的策略使算法对不确定性具有鲁棒性。由于规划层和控制层考虑的约束相同,因此规划的轨迹是可控、可达的。数字仿真表明,在燃料消耗和交会时间等方面,提出的方法均显著优于传统的MPC方法,相较于传统的MPC方法,新算法的交会时间减少50%左右,燃料消耗降低30%以上。     

模型确认热传导挑战问题求解的贝叶斯方法

为了进一步推动模型确认方法的发展并明确其具体实施步骤,以圣地亚国家实验室提出的模型确认热传导挑战问题为例,建立了模型确认的贝叶斯框架,并阐述模型确认的思想以及实现的一般过程.模型确认不仅是一个评定仿真模型准确度的过程,而且是一个通过确认结果提高模型预测精度的过程.首先介绍了贝叶斯及不确定性量化的基本理论,强调了模型修正...     

导弹故障诊断与预测系统的设计

导弹的故障诊断与预测是近年来军事领域研究的热点之一。未来高技术条件下的战场环境对故障诊断与预测技术提出了更高要求,同时也提供了更为广阔的发展前景和机遇。鉴于此,文章结合导弹测试信息的不确定性特点,根据需求分析划分了测试信息管理、故障诊断、故障预测、历史信息查询和系统管理5个功能模块,并且规划了各个模块的工作流程和具体实现算法,设计了一个导弹故障诊断与预测系统,可以为导弹有效的维护保障提供依据和指导,提升了综合作战能力,满足了作战需求。     

机场自动观测系统设备状态监控与设备管理自动化

本文针对传统设备管理模式下存在的问题，阐述了现代设备状态监控和智能化设备管理的必要性．分析了机场自动观测系统故障的特征，并就建立故障监测与故障预测，智能诊断的方法、实现步骤、相关技术等进行了探讨．     

航空器飞行状态预测的混合模型研究

航空器的飞行状态预测是飞行冲突探测的核心问题,也是保障飞行安全的关键所在.为了准确、高效地预测航空器的飞行状态,提出了一种HMM-BP混合模型.首先深入分析了航空器的飞行特点,从不同角度定义飞行状态并建立几何判定方法;然后通过HMM模型分别对航空器的飞行高度、航向以及速度特征进行时序建模;最后利用BP神经网络对航空器的飞行状态进行了推理预测.研究结果表明,该方法通过分析航空器在扇区内最初5min的雷达航迹数据,能够准确地预测其在扇区剩余时间的飞行状态,且计算速度快、预测效率高,可以有效协助管制员正确掌握航空器的飞行状态.     

基于GM模型的航空相机故障预测研究

航空相机的故障检测是其日常维护的重要内容。本文针对航空相机侦察过程特点,提出一种基于灰色模型的模糊预测策略,即应用灰色系统理论建立对象的GM预测模型,对灰色模型预测值进行模糊推理,并通过对当前过程状态进行模糊判决,从而实现对灰色模型预测步长的自适应调整,改善预测效果。     

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。     

基于交互式多模型滤波算法的航迹预测

航空器航迹预测是空中交通冲突探测与解脱,以及进离场管理等空中交通管制自动化系统的重要组成部分。基于混杂系统理论,描述航空器在水平面的运动模型,并针对航空器运动的多样性和不确定性提出了利用交互式多模型的航空器航迹预测算法。将算法应用于航空器的航迹预测,并与单一模型的卡尔曼滤波、α-β滤波和α-β-γ滤波的仿真预测结果对比,结果表明算法的有效性。     

基于三因素模型的企业持续经营高风险预测研究

随着竞争的日趋激烈，企业持续经营不确定性显著增加，尽旱识别企业持续经营面临的风险，对于企业管理者、投资者来说都具有重要意义。现有的持续经营高风险研究依然没有摆脱“资料驱动型”的困境，文章根据三因素模型建立持续经营高风险预测模型。     

某型雷达不能加高压的故障原因及排除方法

针对某型雷达在使用维护过程中出现的不能加高压问题，从该型雷达各分系统的工作原理入手，分析了故障原因并排除了故障，提高了装备使用的可靠性。     

航空发动机参数不确定模型辨识方法

针对航空发动机线性模型在工况点附近使用范围较小的问题,提出一种航空发动机不确定性模型辨识方法。该方法使用非线性规划处理航空发动机模型辨识问题,求解过程考虑线性模型中矩阵参数不确定性的影响,以期获得一个具有适用范围大、形式简单的航空发动机模型。使用该方法对DGEN380发动机在某一稳态点进行辨识,定义实际工况偏差参数和模型最大偏差参数分析DGEN380发动机参数不确定模型的误差范围。使用实验数据与参数不确定模型仿真结果进行比较,结果表明油门杆角度变化小于22%时,参数不确定模型与实际发动机状态的偏差量较小,能够在1%误差范围内模拟实际发动机状态。     

具有结构不确定性因素的模型验证

研究了具有结构不确定性因素的系统线性分式变换（LFT）的模型验证问题,考虑如何同时基于时域和频域数据对模型进行验证,利用有关时域和频域混合数据的插值理论,提出了模型验证的混合途径及判别模型是否无效的必要条件。     

考虑气动不确定性的气动弹性系统模型确认

研究了机翼气动弹性系统的不确定性建模及其模型确认问题。结构的不确定性考虑为参数形式,气动力的不确定性分为未建模动力学和参数不确定性两种形式进行讨论。建立不确定气动弹性系统的线性分式变换（LFT）模型,给出了频域的模型有效性检验方法,对有效模型集进行参数化并将不确定性幅值最小的模型集求解归结为优化问题。在建模中计入了实际存在的、未知但能量有界的外扰和噪声的影响,降低了结果的保守性。最后,根据模型确认的结果,使用结构奇异值μ 分析方法进行不确定系统的鲁棒颤振分析。仿真计算结果表明了模型确认方法的有效性。     

基于模型的故障诊断方法在飞船推进系统中的应用

在飞船推进系统的物理和数学模型的基础上,研究了基于模型的故障诊断方法在飞船推进系统中的应用。该方法是某飞船推进系统状态监测与故障诊断专家系统中的关键技术之一。仿真结果表明,这项技术的提出和应用使得根据系统模型对推进系统的不可预知故障进行监测和诊断成为可能。     

基于非线性模型预测控制的火箭垂直回收姿态控制方法

针对火箭垂直回收着陆段强扰动、强参数不确定性、箭体姿态动力学高动态变化的飞行特性,提出了一种基于非线性模型预测控制的火箭垂直回收姿态控制方法。首先,基于四元数构建姿态控制数学模型;然后,在非线性模型预测控制框架下求解控制指令;同时,引入反馈校正机制与变时域策略以提升控制精度,进一步利用ESO观测扰动。仿真结果表明,控制器响应速度快、跟踪精度高,观测器能够有效观测并补偿扰动,具有较强的扰动鲁棒性。     

基于区间灰数的分布式多目标航迹关联算法

研究了存在系统误差条件下分布式多目标航迹关联问题,以异地配置的2D组网雷达为背景,分析了时变系统误差对雷达上报航迹的影响,将误差影响下的目标定位看做一种认知不确定性,并给出两种用区间灰数描述这一不确定性的方法。由此提出了一种航迹关联算法,该算法以区间相离度作为衡量航迹间差异信息的测度,建立灰色关联分析模型,并根据灰关联度排序给出航迹关联对。通过对算法的约束条件进行深层次分析,给出了使用算法的先决条件。在常见系统误差环境下的蒙特卡罗仿真结果表明,算法具有良好的抗差性能和较广泛的适用性。