基于Petri网的飞机复杂系统可靠性分析方法研究

Petri网在建模方面具有较强的可视性及良好的动态表达性,提出一种利用Petri网对飞机复杂系统进行可靠性建模的方法,并通过蒙特卡洛仿真方法对Petri网模型进行仿真求解,形成一套完整的可靠性分析理论;以某型机电传飞控系统为例进行建模计算,验证上述方法的可行性和精确性.结果表明:本文提出的基于Petri网的可靠性分析理论,能够有效应用于飞机复杂系统的可靠性分析.     

基于AADL的机载设备系统可靠性建模

AADL可以描述机栽设备系统的时序需求、任务状态等关键性能特性,已应用于航空、电子自动化、机器人控制等实时系统。提出基于AADL的机载设备系统可靠性建模方法,为该系统模型结构的设计和验证提供了理论依据。采用EMA子语言对AADL描述的机载设备系统进行可靠性建模,给出可靠性模型中的错误模型、错误传播和状态映射规则等子句属性的用法。最后通过一个基于AADL的机载设备可靠性建模实例,验证了所提建模方法的有效性。     

复杂冗余系统的预测维修决策

针对多状态、多冗余复杂系统的预测维修问题,提出一种以系统可靠性为中心的预测维修设计方法。利用GO法建立了系统的可靠性分析模型,基于马尔可夫过程理论获得部件的可靠性参数随时间变化的状态转移方程,并给出了部件和系统动态可靠性的计算方法。综合部件退化度、维修成本、对系统可靠性的影响等因素提出维修优先数(MPN)的概念,以定量描述部件的维修重要性。以系统可靠性是否达标为准则设定维修时刻,以维修时刻部件的MPN为依据确定维修顺序,以维修的单位时间成本最小为目标优化维修范围和维修项目。最后以某捷联惯性导航系统(SINS)为例进行了算法验证,仿真结果表明该预测维修方法的设计是可行的、有效的。     

基于Copula函数的单冷贮备串联结构可靠性分析

传统的系统可靠性模型不能很好地反映子系统间性能相依性对整机可靠性的影响,需要忽略系统组合初始可靠度问题。以串联结构为研究对象,研究了具有多个相依工作子系统和一个冷贮备单元的系统可靠性及平均失效前时间(MTTF),应用Copula函数描述了工作子系统之间复杂的寿命相依性,基于条件概率理论,建立了具有初始可靠度和冷贮备的子系统相依的系统可靠性模型,并给出了系统的MTTF显式。以单冷贮备的两串联结构系统为例,基于Farlie-Gumbel-Morgenstern(FGM)Copula函数及边缘寿命指数分布函数,分析了子系统之间的工作相依程度对整机系统可靠性的影响,将系统可靠性表示成不同失效率的指数可靠性函数的线性组合,验证了该建模方法的有效性,为工程系统的可靠性设计和可靠性管理提供了理论依据。     

基于矩化GO法的某型电动飞机扰流板系统可靠性

扰流板冗余系统提升了新能源电动飞机的可靠性。采用GO法建立电动飞机扰流板系统可靠性模型,设计SIMULINK仿真界面,针对操作符11给出一种新的运算模块。针对扰流板冗余系统设计一种矩化操作符,给出运算流程,有效减少传统GO法在冗余系统建模工作量,利用故障树分析法对结果进行验证。结果表明,本文提出的方法切实可行,为新能源电动飞机扰流板系统可靠性分析提供了新的思路。     

飞机燃油管路功能可靠性及其灵敏度分析

基于哈根-伯肃叶公式,建立了考虑各种流动损失的飞机典型燃油管路系统的失效模型,采用蒙特卡洛法进行可靠性建模,在考虑管长、管直径和液体密度等参数随机分布的基础上,利用该模型分析了不同飞行状态下和使用不同渐扩管时飞机燃油管路系统的功能可靠性。并利用蒙特卡洛法对燃油管路的功能可靠性灵敏度进行了分析。研究结果可为飞机燃油管道系统设计和评估提供依据。     

飞机表面爬行机器人轨迹跟踪控制方法研究

针对飞机蒙皮铆钉缺陷无损检测移动机器人进行了运动学和动力学建模,并且基于该移动机器人的模型,设计了双闭环轨迹线性化控制器(trajectory linearization control,TLC)。同时设计了逻辑控制算法保证机器人运动轴在达到完整约束临界点时进行状态切换。该方法解决了在飞机特殊表面环境下,对基于X-Y平台的新型爬行机器人如何完成轨迹跟踪控制的问题。实验结果表明,该控制器具有较好的动态性能,能够在满足系统实时性要求的前提下实现爬行机器人距离精确性和速度稳定性控制。     

系统可靠性的贝叶斯网络评估方法

 针对现有组合法与状态法在可靠性评估方法中的局限性,对基于贝叶斯网络的系统可靠性评估新方法进行了研究。运用该方法进行可靠性评估,不但能计算出系统的可靠性指标,而且能方便地给出一个或几个部件对系统可靠性影响的大小,识别系统的薄弱环节。结合故障树方法建立系统可靠性评估的贝叶斯网络模型,并用实例阐述了贝叶斯网络方法进行系统可靠性评估的有效性。同时通过对贝叶斯网络的条件失效概率与系统可靠性评估中常用重要度指标的对比分析表明,贝叶斯网络的推理算法更便于查找系统的薄弱环节。     

航空机电系统测试性建模与分析新方法

针对航空机电系统测试性设计(DFT)需求,提出基于面向对象的贝叶斯网络(OOBN)与状态-测试关联灵敏度指标的系统测试性建模与分析的新方法。该建模方法能清晰地刻画系统故障与测试间的关联程度,反映复杂系统的层次结构关系。基于信息论的交叉熵原理提出状态-测试关联灵敏度指标,并给出计算方法。该指标反映复杂机电系统测试中的不确定性影响,克服了基于香农熵的测点评判分析方法的缺点,结合测试性建模获得的模型信息进行推理计算,可用于测试性的定量分析。运用该综合分析方法对飞机燃油系统进行测试性建模与分析,结果表明所提出的方法与指标在航空机电系统DFT中具有实用性。     

航空公司机队设备可靠性非线性动态评估模型

 机队设备可靠性是实现航空公司"安全、正点和经济"目标的核心内容,对其进行评估是实现机队设备系统综合技术保障的重要手段。根据航空公司机队设备可靠性统计、数据采集和监控方式的关键技术与重要环节,应用物理-事理-人理 (WSR)思想和Delphi法,建立了机械原因使用困难报告(SDR)和非计划停场率等航空公司机队设备可靠性的5大指标体系。基于灰色聚类方法和反步(BP)神经网络的优缺点,结合机队设备可靠性的随机性和波动性,设计了航空公司机队设备可靠性非线性动力学评估模型。航空公司机队设备可靠性评估实例的分析表明:该可靠性非线性动态评估模型是可行的,能够实现动态和静态的评估。     

非相似余度飞控计算机

从容错的角度介绍了Boeing777和A320的数字飞行控制计算机系统。Boeing777和A320的飞控计算机都采用了非相似的余度技术,能容忍软件和硬件的共态故障,但在每个计算机的功能分配和整个飞控计算机系统的余度结构编排等方面体现了各自的特点。用广义随机Petri网描述了Boeing777余度结构和容错动态过程,并进行了系统的可靠性计算和容错度分析。针对中国"大型飞机"容错飞控系统的设计作了分析和建议。     

动态故障树分析方法在软、硬件容错计算机系统中的应用

结合几个动态逻辑门及其向Markov状态转移链的转化,介绍了一种新的动态故障树建模分析方法,用来解决不可修系统中对动态时序特性的建模困难问题。并给出了一个具体的例子,应用这种方法对其进行分析。分析结果表明,软、硬件容错技术在计算机系统中的应用,可以显著提高系统的可靠性。     

基于GSPN的机载液压作动系统可靠性模型

机载液压系统具有余度降级、故障检测、隔离等动态时序过程,传统基于两元可靠性模型很难描述其动态行为和性能降级过程.针对这一问题,采用分层聚类和广义随机Petri网相结合建立了机载液压系统可靠性模型.利用该模型,详细分析了故障检测装置的故障检测率对系统可靠性的影响.分析结果表明,由于故障检测装置故障检测率的影响,机载液压作...     

复合翼无人机加速段纵向飞行特性分析与控制设计

针对高成本的大型复合翼(VTOL)无人机(UAV)从悬停到巡航的纵向加速飞行转换阶段开展气动/控制综合研究。基于叶素动量(BEMT)理论建立斜向入流下旋翼气动载荷计算模型，并与CFD算例对比验证其准确性。分析出旋翼系统引起整机焦点前移产生静不定效应，其中心应置于全机重心之后。仿真对比不同加速策略下的加速特性、控制效能余量等指标，给出-5°俯仰角，定推进油门的加速策略。考虑控制输入冗余，作动器动态响应不同，引入虚拟控制量的概念，采用频域分解的效能分配准则实现静态分配。考虑建模误差，设计L1自适应姿态控制框架实现动态控制增稳，拉偏仿真验证其鲁棒性。飞行试验验证了所述建模方法、加速策略及控制律框架的有效性。      

多工况过程动态SDG故障诊断

通过分析多工况过程的故障动态特性,在符号有向图(SDG)中引入工况条件,补充对未测节点的表达,提出了一种新的定性描述模型——过程动态有向图,给出了建模方法和基于故障依赖性关系 D 矩阵的诊断流程.该模型满足了随工况变化调整结构和参数的需求,诊断算法解决了实际系统部分状态常常因未测量而造成信息缺失的问题.同时综合不同过程的SDG诊断能改善静态SDG模型定性推理分辨率.利用提出的方法建立了某民用飞机发动机引气系统的诊断模型并进行了诊断,结果表明该模型有效且实用.      

基于贝叶斯网络的分层系统可靠性分析

由于分层系统的系统结构复杂,且系统不同层次可靠性信息具有不均衡性的特点,使得分层系统的可靠性建模较为困难.考虑二态情况,通过引入贝叶斯网络描述分层系统元素间的失效关系,并考虑了系统元素间级联失效问题,结合贝叶斯多源信息融合方法,以贝叶斯网络模型为基础整合了系统各层元素的可靠性信息,构成了一种较为通用的二态分层系统可靠性分析方法.算例结果表明:该方法在贝叶斯网络模型计算过程中能够融合系统各层元素可靠性信息并有效处理级联失效问题,提高了系统可靠性后验均值估计的准确性,减小了系统可靠性结论的后验方差.      

航空发动机线性变参数建模方法研究

针对航空发动机增益调度控制技术使用的线性变参数(Linear Parameter Varying-LPV)模型,研究了两种LPV建模方法—雅克比和基于变化率方法。建立了涡扇发动机准LPV模型,进行了动态仿真验证。结果表明,与非线性模型相比,所建立的准LPV模型具有较好的动态性能,为航空发动机LPV增益控制研究提供了保证。     

Reliability evaluation of avionics system with imperfect fault coverage and propagated failure mechanisms

Fault tolerance designs are essential techniques for systems that require high levels of reliability, such as aircraft or spacecraft control system. Imperfect Fault Coverage (IFC) may lead to the failure of a system or subsystem even with adequate redundancy. Previous studies of IFC mostly concentrated on evaluating Coverage Factor (CF), whereas the system failure behaviors with IFC have rarely been involved. Failures that occur in low-layer may be covered by high-layer. However, if the coverage is imperfect, uncovered failure will have functional and physical impact on the system behavior. In this thesis, the failure behavior and reliability of IFC of multi-layer systems are studied and a Binary Decision Diagram (BDD)-based modeling and simulation method are proposed to evaluate system reliability. As a case, the failure behavior of an aero engine electronic controller with IFC is studied. The results show that the IFC may impact system behavior without taking the IFC into account, the system maintenance intervals may reduce, and thus the maintenance costs will increase.     

Task allocation and reallocation for fault tolerance inmulticomputer systems

The goal of task allocation in a set of interconnected processors (computers) is to maximize the efficient use of resources and thus reduce the job turnaround time. Proposed is a simple yet effective method to allocate the tasks in multicomputer systems for minimizing the interprocessor communication cost subject to resource limitations defined by the system and designer. The limitations can be viewed as results from the load balancing since the execution time of each task, the number of available processors, processor speed, and memory capacity are known to the system or designer. As the number of processors increases, the probability of a failure existing somewhere in the systems at any time also increases. Very few established task allocation models have considered the reliability property. In multicomputer systems, we define system reliability as the probability that the system can run the tasks successfully. After the (nonredundant) task scheduling strategy is defined, tasks are then reallocated to processors statically and redundantly. This is a form of time redundancy, in which if some processors fail during the execution, all tasks can be completed on the remaining processors (but at a longer time). Due to static preallocation of tasks this method is simpler and thus more practical than well-known dynamic reconfiguration and rollback recovery techniques in multicomputer systems. We demonstrate the effectiveness of the task allocation and reallocation for hardware fault tolerance by illustrations of applying the methods to different examples and practical communications network multiprocessor system