基于加速退化模型的卫星组件寿命与可靠性评估方法

针对卫星产品长寿命、高可靠性的特点,提出了使用加速退化试验的方法来评估卫星用微波接收机的寿命与可靠性指标.首先,在确定微波接收机关键模块与相应失效机理的基础上,选择了适用的加速模型.然后,通过分析产品性能的实际退化过程,选择漂移布朗运动对此进行拟合,并结合漂移布朗运动首达时(first passage time)服从逆高斯分布的特点,建立了产品的可靠性模型.最后,采用极大似然结合最小二乘的评估方法,对该关键模块的恒定应力加速退化试验的蒙特卡罗仿真结果,进行了产品的寿命与可靠性评估并且得到了合理的结果,从而验证了本文方法的正确性.     

基于性能退化数据的可靠性建模分析

针对传统可靠性评估方法难以解决高可靠度、长寿命产品的可靠性评估问题,本文在使用失效时间数据的基础上,提出了使用产品的性能退化数据的方法。在很多情况下,退化过程中的性能退化数据比失效时间数据更有价值。文章介绍了退化数据的优点,提出了对产品退化的一般轨迹模型;针对高可靠度的产品提出了基于退化轨迹和退化量分布的两种评估方法,并用实例分别对两种评估方法进行展开应用,验证了方法的有效性。     

恒定应力无失效加速寿命试验可靠性分析方法

针对工程中缺少有效方法处理加速寿命试验中出现的无失效数据的情况,提出一种恒定应力水平下的无失效加速寿命试验可靠性分析方法.该方法首先将各个加速应力水平下的无失效寿命试验数据转换到正常应力水平,然后通过对正常应力水平下的无失效寿命数据进行分析,实现产品的可靠性评估与寿命预测.利用该方法对某型号卫星地球敏感器扰性枢轴的无失效加速寿命试验数据进行分析处理,结果表明该方法切实可行,能够充分利用各个加速应力水平下产品的无失效试验数据,较好地解决了产品进行无失效加速寿命试验的可靠性评估和寿命预测问题.      

基于性能退化数据的可靠性评定方法研究

对于高可靠长寿命产品,基于性能退化数据分析产品可靠性是一种行之有效的技术途径。本文首先建立性能退化轨道模型和退化数据统计模型,然后详细论述了退化数据统计分析的多种大样本方法,并分析论述了各方法的优缺点。最后提出性能退化分析时,依然存在小样本问题,并提出性能退化轨道模型结合Bayes小样本技术,将是解决性能退化数据统计分析小样本问题的有效途径。     

基于加速退化数据的某型电连接器可靠性评估

某型电连接器属于高可靠性、长寿命产品,在短时间内很难获取其失效数据。为了评估其可靠性,在分析其失效机理的基础上设计了步进加速退化试验,通过分析加速退化数据外推出产品在正常工作应力水平下的可靠度函数。试验中以电连接器的接触电阻作为性能参量,选取温度作为加速应力。数据分析时,利用Wiener随机过程对样品退化进行建模。为了提高模型参数的估计精度,采用极大似然法对所有性能退化数据进行整体统计推断。外推其在工作温度下的可靠度时,针对工作温度不恒定的情况利用等效温度表示温度对该产品的综合作用效果。结果表明,提出的基于加速退化数据分析的方法实用、有效,成功实现了某型电连接器的可靠性评估,并可为其他高可靠性产品的可靠性评估工作提供借鉴。     

基于退化失效与突发失效竞争的导弹剩余寿命预测

为了提高导弹剩余寿命预测结果的准确性,本文综合利用导弹的性能退化数据和突发失效时间数据,提出了基于退化失效和突发失效竞争的剩余寿命预测方法。在引入状态空间模型评估出整弹退化程度的基础上,采用Gamma过程建立退化失效模型;在假定突发失效概率与整弹性能退化程度相关的前提下,采用Weibull分布建立突发失效模型;进而建立退化失效与突发失效竞争模式下的导弹可靠度模型。案例应用证明了所提方法的有效性,对准确预测导弹剩余寿命,有效开展视情维修具有一定的工程价值。     

基于Wiener过程的民用航空发动机性能可靠性预测

通过对民用航空发动机性能退化数据的分析,提出了一种有效融合先验退化数据和现场退化数据的性能可靠性评估和剩余寿命预测方法.首先在先验退化数据的基础上确定Wiener过程参数的先验分布,然后利用贝叶斯方法融合新增的现场数据,对Wiener过程参数进行更新,并在此基础上对单台发动机进行性能可靠性评估和剩余寿命预测.该方法能根据现场退化数据不断地对可靠性和剩余寿命进行更新.最后通过某航空公司发动机性能退化数据验证文中提出的方法,结果表明41号发动机在2000循环和3000循环时预测的剩余寿命相对误差分别为0.060和0.018,可以满足航空公司发动机下发计划制定的实际需要.      

基于故障机理和伪失效寿命的 电子产品剩余寿命预测

针对传统电子产品可靠性评估中存在的不足,提出了一种基于故障机理和伪失效寿命的电子产品剩余寿命预测方法。首先,基于电子产品的故障模式、故障机理分析,确定产品敏感性能参数;然后,对敏感参数退化量进行监测,建立电子产品退化轨迹模型,利用最大似然法估计其参数;最后,根据电子产品退化轨迹,设定故障阈值,得到电子产品寿命分布。通过仿真表明,该方法评估精度较高,对电子产品的可靠性评估有一定的参考价值。     

基于性能退化数据的液体火箭发动机可靠性Bayes评定

性能退化表征的是产品的工作能力随时间逐渐降低的现象。对于液体火箭发动机等试验费用昂贵的高可靠性产品,失效时间数据难以得到,此时性能退化数据是评定其可靠性的重要信息。文章提出用线性随机过程模型来描述产品性能参数逼近临界值的过程,再根据产品的失效机理,推导出产品的失效分布函数形式。相对于传统的寿命分布模型,文中推导的失效分布函数中的参数因物理含义明确而易于通过实时跟踪测量性能参数时间序列数据估计得到。文中还通过一个数值实例说明了该方法在工程上应用的有效性。     

基于Wiener和Copula函数性能退化模型的减推力起飞可靠性收益评估研究

从精细化、规范化管理使用发动机的角度出发,针对航空发动机减推力起飞在可靠性和安全收益指标的贡献度量化评估问题,提出了一种基于性能退化分析的可靠性收益评估方法。建立了单个性能参数Wiener退化量模型,并利用Copula函数进行二元相关性能参数退化量建模,提出了基于Copula函数和Wiener退化过程的二元相关性能可靠性模型。将模型应用于实例分析,通过发动机执行减推力和未执行减推力时的性能退化数据,定量地分析了执行减推力起飞技术对可靠性和在役寿命方面的贡献度,并将文中提出的方法与基于单参数的性能可靠度函数以及二元独立性能参数的性能可靠度函数进行对比分析。结果表明,执行减推力起飞技术的发动机在运行中有更高的安全裕度,在役寿命平均延长了23%左右。     

动量轮在轨状态可靠性贝叶斯网络建模与评估

卫星动量轮在轨运行环境复杂,并且无失效数据,难以利用传统方法进行可靠性建模与评估。为此,提出一种利用贝叶斯网络融合动量轮各种试验信息及轴温和电流等遥测数据的可靠性建模与评估方法。基于失效分析建立贝叶斯网络拓扑结构,根据试验数据估计网络参数,而后,通过贝叶斯网络的推理得到动量轮可靠度的点估计和区间估计,并利用在轨遥测数据实时评估动量轮可靠性,获得动量轮可靠性变化趋势比较明显的遥测数据取值区间。该方法对动量轮实时状态监控具有一定的理论和实践意义。     

基于扩展卡尔曼滤波的动量轮故障检测方法

 动量轮作为卫星姿态控制系统的关键执行部件,对其故障检测对维持卫星的正常运行具有重要意义。首先对动量轮系统的故障进行分析,在建立动量轮线性离散状态空间模型的基础上,把动量轮的故障检测作为时变参数系统的跟踪来处理,将动量轮的模型参数作为扩展的状态空间中的状态量,使得动量轮物理模型参数与状态空间中的状态量有对应关系,通过在扩展了的状态空间上采用扩展的卡尔曼滤波,完成时变参数的跟踪。然后,将离散空间的状态量变换回连续空间中,利用物理参数与状态量的对应关系,实现对动量轮物理参数的跟踪。此方法物理意义明确,为系统的物理参数提供了定量的估计值,为进一步诊断故障原因提供了良好的基础。数值仿真表明,此方法能够通过同时检测多个故障参量,实现故障的检测并满足卫星实时性要求。     

Momentum wheel start-up method for HAUSAT-2 ultra-small satellite

This paper addresses a newly proposed start-up method of the HAUSAT-2 satellite momentum wheel. The HAUSAT-2 is a 25 kg class nanosatellite which is stabilized to an earth pointing attitude by 3-axis active control method. A momentum wheel performs two functions. It provides a pitch-axis momentum bias while measuring satellite pitch and roll attitude. Pitch control is accomplished in a conventional way by driving a momentum wheel in response to pitch attitude errors. Precession control and nutation damping are provided by operating the pitch-axis magnetic torquer. A momentum wheel is nominally spinning at a particular rate, and speed changes are made as needed. Spinning the momentum wheel redistributes the angular momentum to the spacecraft body. If the wheel is suddenly spun up to its nominal speed, the large momentum produced together with the existing momentum due to the nominal rotational motions will result in a high disturbance and unstable motion. This simulation study investigates the feasibility and performance of a proposed strategy for starting-up the wheel. A proposed strategy to start-up the wheel shows that its pitch momentum wheel can start-up successfully to its nominal speed from rest, and can be stabilized to nadir pointing within about three orbits.     

卫星动量轮灵敏性变异分析

基于模糊理论提出一种非线性卫星动量轮灵敏性变异分析的数值方法,以工程实际中的模糊相似关系转化为空间向量的模糊等价关系,来评估稳定系统的总体变异本质特征.并通过仿真均匀分布、线性分布以及周期分布的时间数据序列验证了该模型的可行性；以3套卫星动量轮实际稳态运转实验见证了该方法的实用性和有效性.其中动量轮A的最小灵敏系数为0.678，大于0.5阈值,表明其运转期间灵敏性十分良好；动量轮B的最小灵敏系数为0.439，小于0.5阈值,其运转期间灵敏性有所变异；动量轮C的最小灵敏系数等于0.5阈值,其关系最为模糊并介于稳定与变异之间.该模型实时预测并描述了动量轮灵敏性变异过程,且适用于诸多航天领域的非线性乏信息问题.      

一种偏置动量轮在轨维护的变带宽控制方法

针对长寿命运行卫星在轨维护中出现的备份偏置动量轮离散性差异较大,导致俯仰角收敛缓慢的问题,在姿态现象分析的基础上,根据卫星姿态动力学原理,建立偏置动量轮工作模式下的俯仰姿态的PID(Proportion Integration Differentiation,比例积分微分)控制模型,并进行系统开环与闭环传递函数公式推导。然后在伯德图(Bode Diagram)基础上,重点分析相位裕量的敏感参数,给出俯仰姿态控制回路的带宽调整方法,实现变带宽控制。卫星偏置动量轮在轨切换维护的结果表明,通过及时调整PID参数,减小回路带宽,可以有效改善相位裕量,保持卫星控制性能,实现俯仰姿态快速收敛,且俯仰角控制精度优于0.03°,取得较好的应用效果。     

贝叶斯网络在动量轮地面试验可靠性分析中的应用

为了有效综合动量轮地面试验过程中积累的大量复杂试验信息,对动量轮进行可靠性定量分析.提出了利用贝叶斯网络模型,融合大量测试和调试数据、专家知识等多种信息,建立动量轮可靠性模型的方法;采用贝叶斯网络推理技术,对动量轮进行可靠性评估、故障诊断和灵敏度分析,有效解决了动量轮地面试验可靠性分析与评估等难题,为动量轮可靠性试验提供了理论指导.      

Attitude Stabilization and Control of Dual-Spin Spacecraft

This invention relates to an attitude stabilizing system for adrodshaped satellite in which stabilization is achieved by use of a spinning ing energy dissipator. The system can operate by being mounted on the rotor of a dual spin satellite of by being connected to the main body of the satellite through a motor and bearing assembly. In the latter situation, the stabilizer acts both as a nutation damper and a momentum source and thereby eliminates the need for an additional rotor element to provide the spacecraft momentum. The spinning energy dissipator may be designed to use four identical al wheels mounted coaxially with and at the ends of the arms of a cruciform structure. The structure may then be spun about the axis perpendicular to the arms, to provide angular momentum along the spacecraft spin axis. In the event of any spacecraft nutation, n, the wheels experience the torques produced by inertial forces. The necessary damping and restoring (spring) torques are provided by means of a torsional arrangement built around the center of each wheel. In order to provide damping at lower threshold of spacecraft nutations, the dissipator wheels may also include viscous ring dampers mounted on or around each wheel.     

卫星动量轮轴承组件的仿真可信度评估

研究了某一卫星的动量轮轴承组件仿真的可信度评估,基于仿真系统与物理试验系统的相似度与仿真可信度之间的关系,采用计算仿真与物理试验输出的相似度评估仿真可信度.确定了动量轮轴承组件仿真与试验输出的相似元,构建了量化其相似系数的函数.对于基于三角模糊数的层次分析法确定各要素影响权重的计算进行了改进.最后应用该方法对某一卫星动量轮轴承组件实例的可信度进行了度量.      

Attitude control of a bias momentum satellite using moment ofinertia

Analysis on the attitude controller based upon moment of inertia distribution for a bias momentum satellite is discussed. Spacecraft moment of inertia distribution is represented in the form of product of inertia terms in the system inertia matrix. The product of inertia between orthogonal body axes of the satellite is used to build a controller which controls the nutational motion caused by the angular momentum of the wheel. The attitude controller in the pitch axis controlling the pitch motion as well as nutational dynamics in the roll/yaw planes is analyzed in detail. Analytic expressions using linearized equations are derived providing further insight into the dynamic coupling effect among orthogonal body axes     

跟踪弹道导弹时预警卫星姿态前馈协同控制

基于角动量守恒定理,推导了跟踪弹道导弹时,具有活动部件的预警卫星姿态前馈协同控制。该控制算法基于角动量守恒方程估计红外相机运动产生的角动量扰动以及为抑制该扰动所需的期望飞轮转速,将期望飞轮转速与实际转速的偏差作为前馈信号加入到传统控制系统中,推导出预警卫星姿态前馈控制模型。最后通过数值仿真验证了控制方法,仿真结果与理论分析具有很好的一致性。并且该控制方法简单、可靠,能够适应卫星在轨实时控制。