产品性能可靠性评估的时序分析方法

针对航空航天产品高可靠性、长寿命的特点,通过综合时序模型对随机序列自拟合性强与短期预测精度高的优点,提出了两类基于性能退化数据的产品可靠性评估时序模型方法.首先,从性能退化量分布的角度出发,在假设退化量分布类型不随时间变化的前提下,利用时间序列建立了性能退化分布参数的分析模型,进而根据可靠度与性能退化量分布的关系进行可靠性评估.然后,从退化轨迹的角度出发,对所有样本的退化轨迹进行时序分析与建模,外推伪失效区间与伪失效寿命值,进而采用完全寿命试验数据的统计方法进行可靠性评估.最后,对某金属材料疲劳裂纹扩展数据进行可靠性评估与寿命预测,结果表明该方法具有良好的稳健性.     

基于变分自编码器的多维退化数据生成方法

数据驱动的剩余使用寿命（RUL）预测方法不依赖于复杂的物理模型，可以直接利用设备历史运行数据与当前监测数据对设备RUL进行预测，对制定合理的维修策略，降低设备的维护成本具有重要意义。但是数据驱动的RUL预测方法依赖于大量历史数据，在数据不足时，尤其是多维退化数据，模型难以取得良好的预测效果。针对这一问题，提出一种多维退化数据生成方法，所提方法构建了一种全局优化模型，以条件变分自编码器作为生成模型，提取多维退化数据特征并生成相似数据扩充RUL预测模型训练集，利用长短时记忆网络作为RUL预测模型，所提方法能够通过RUL预测模型更新生成模型的参数提高模型的效果，同时利用更新后的生成模型提高剩余寿命预测模型在退化数据不足情况下的效果。使用航空发动机退化数据进行了案例验证，通过对比未加入生成数据训练得到的RUL预测模型与加入生成数据训练得到的RUL预测模型的表现，验证了所提方法在解决RUL预测模型训练数据不足方面的优越性。     

故障预测算法稳定性实时评估方法

针对现有故障预测算法性能评估指标受实际剩余使用寿命约束的问题,从稳定性角度提出一种评估算法性能的方法。通过研究对象系统健康退化过程,在对象系统实际剩余使用寿命未知情况下,利用可以实时获得的剩余使用寿命预测值和已消耗寿命值,通过计算虚构寿命值的变异系数指标来客观评估故障预测算法的性能。为了验证所提方法的有效性,结合机电作动器故障演化模型仿真生成数据对递归最小二乘和粒子滤波两种故障预测算法的稳定性进行了实时评价。仿真结果表明,所提方法与运用已有指标、在获知剩余使用寿命理想值前提下得出的评估结果保持一致。     

考虑随机效应的多源信息融合剩余寿命预测

为了合理利用同类设备的先验信息，提高参数估计和剩余使用寿命（RUL）预测精度，提出一种基于多源信息融合并考虑随机效应的RUL预测方法。利用考虑随机效应的线性Wiener过程对设备的退化过程进行建模；利用期望最大化（EM）算法，融合先验退化信息和先验失效寿命数据信息，计算模型中的未知参数；根据Wiener过程参数估计的性质，提出一种基于多源信息融合并考虑随机效应的非线性Wiener过程参数估计方法；利用激光器数据和疲劳裂纹数据进行实验验证。实验结果表明：与基于历史退化数据或失效寿命数据的方法相比，所提方法能有效提高参数估计和RUL预测的精度。     

基于不完美先验信息的随机系数回归模型剩余寿命预测方法

剩余寿命预测是设备预测与健康管理的核心问题，准确的剩余寿命预测可以在故障发生前进行有效的维护保养，以减小设备故障发生的概率。针对实际剩余寿命预测中先验信息不足或缺乏的问题，提出一种克服不完美先验信息影响的启发式剩余寿命预测方法。首先，利用非线性随机系数回归模型进行退化建模。其次，证明了基于单个设备现场退化数据，期望最大化（EM）算法的参数估计结果收敛于极大似然估计（MLE）算法的参数估计结果，并提出一种合理融合先验信息和现场信息的启发式剩余寿命预测方法。最后，通过数值仿真数据和实际锂电池退化数据对提出的结论和方法进行了验证，结果表明:启发式剩余寿命预测方法相比传统贝叶斯方法能够较好地克服不完美先验信息的影响，更为准确的预测设备地实际剩余寿命。      

基于小波变换和GM-ARMA的导弹备件消耗预测

针对导弹备件消耗呈现"小样本、非平稳"的特点, 为了克服传统预测方法依靠大样本数据进行建模的不足,提出了把基于小波变换和改进GM-ARMA的组合预测方法应用于导弹备件消耗预测的构想.在利用小波分解和其他模型建立组合模型的过程中,提出了先对小波基方程和分解层数2个特征进行参数化,再定量地对所有子模型的特征参数进行统一、综合的评估,以达到建立最佳组合模型的目的;然后对具有平稳特性的高频信息用阻尼最小二乘法优化的ARMA(Autoregressive and Moving Average)模型进行预测,对反映整体趋势体现非平稳的低频信息用背景值优化和数据变换技术改进的GM(1,1)模型进行预测.实例结果表明所提出的组合预测方法大大降低了预测误差,说明了该方法的有效性、可行性和实用性.     

航空发动机性能参数预测方法

航空发动机性能参数预测对于发动机的视情维修具有重要的意义.为了提高预测精度,在分析发动机性能参数数据特点的基础上,提出了一种新的应用于此领域的组合预测模型.首先利用小波变换将原始数据分解为不同尺度上的几组子序列,根据各子序列的特点分别选用自回归滑动平均(ARMA,Autoregressive Moving Average)模型或求和自回归滑动平均(ARIMA,Autoregressive Integrated Moving Average)模型进行预测,然后将所有预测结果合成,得到最终预测结果.通过仿真实验,验证了该组合模型提高短期和中长期预测精度的有效性,并分析了小波分解层数对于预测精度的影响.      

基于Transformer模型的滚动轴承剩余使用寿命预测方法

准确的滚动轴承剩余使用寿命(RUL)预测对保证机械安全运行和减小维修损失起着至关重要的作用。为提高滚动轴承RUL预测准确率，提出一种基于Transformer模型的轴承RUL预测方法，充分利用其自注意力机制与编码器-解码器结构的优势，解决轴承RUL预测中序列过长而导致的记忆力退化问题，挖掘出输入特征与轴承RUL之间复杂映射关系。同时，采用三角函数变换与累积变换来修正输入特征的单调性与趋势性，使其能更好地表征滚动轴承的退化过程。在PHM2012数据集上的实验结果表明：所提方法相比于对比方法平均绝对误差分别降低了9.25%、28.63%、34.14%，平均得分分别提高了2.78%、19.79%、29.38%；在XJTU-SY数据集上的实验结果表明，所提方法相比于对比方法均方根误差降低了17.4%，平均得分提高了18.6%，进一步证明了其可行性与优越性。     

面向装备RUL预测的平行仿真技术

装备平行仿真是系统建模与仿真领域的新兴仿真技术,已经成为研究热点。在装备维修保障领域中,分析了装备剩余寿命（RUL）预测存在的突出问题,即模型参数固定、不具备自适应演化能力,成为阻碍实现装备剩余寿命自适应预测的首要因素。结合装备平行仿真理论,在建模分析的基础上提出了面向装备剩余寿命预测的平行仿真框架,该框架以Wiener状态空间模型为基础仿真模型,在动态注入的装备退化观测数据驱动下,利用期望最大化（EM）算法在线更新模型参数,并利用卡尔曼滤波（KF）算法实现仿真输出数据与观测数据的同化（DA）,从而实现仿真模型动态演化,使得仿真输出不断逼近装备真实退化状态,为准确预测剩余寿命提供高逼真度仿真模型和数据输出。以某轴承性能退化数据为数据驱动源,对该框架进行了验证,仿真结果表明平行仿真方法能准确仿真装备性能退化过程,在提高预测精度的基础上实现了装备剩余寿命的自适应预测,有力证明了平行仿真方法的可行性和有效性。      

基于深度残差收缩网络的滚动轴承故障诊断

滚动轴承的准确故障诊断是确保机械设备安全可靠运行的必要手段。针对多故障、长时间序列的滚动轴承振动信号，提出了一种基于深度残差收缩网络(DRSN)模型的故障诊断方法。首先，根据采集到的滚动轴承数据构造故障样本，针对多种故障类型下的长时间序列的振动信号，按照一定尺寸将长时间序列矩阵化，构成多故障类型的灰度图故障样本。从正常到故障的滚动轴承性能退化过程，通过多个采样点的随机采样，构造全寿命周期的故障样本用于故障诊断。其次，在多层深度学习模型基础上，将残差收缩网络模块加入到卷积神经网络(CNN)中构建深度残差收缩网络模型用于故障诊断，其中通过将残差项加入到网络中训练解决了多层网络模型的模型退化问题，利用软阈值化实现了样本降噪。最后，为了验证所提方法的有效性，采集了滚动轴承的多故障时间序列样本和全寿命周期故障样本用于故障诊断。实例验证的结果表明:所提深度残差收缩网络模型在处理含噪声样本时仍具有良好的鲁棒性，多层网络模型下没有明显的网络退化，能够保持较高的故障诊断正确率。在处理2种轴承故障数据集时，与其他模型相比，所提方法训练误差更低，平均故障诊断正确率提高1%~6%。      

变工况条件下基于相似性的剩余使用寿命预测方法

剩余使用寿命(RUL)预测是预测与健康管理(PHM)中的核心环节。提出一种变工况条件下基于相似性的RUL预测方法。结合相似性预测方法无需进行复杂的退化过程建模而能提供合理预测的优势,引入工况即设备工作时所处的环境或操作载荷等因素的影响来提升设备RUL预测准确性。对参考样本建立多工况的设备退化模型提升模型精度,在服役样本相似性度量预测中进行工况的匹配以实现在变工况下的RUL预测。方法能够更准确地描述实际工程中设备的退化过程和个体差异。依据相同准确度标准完成多组基本相似性方法和本文方法的对比实验结果表明,本文方法能够有效提高RUL预测准确度。      

Analysis of the dynamic behavior of structures using the high-rate GNSS-PPP method combined with a wavelet-neural model: Numerical simulation and experimental tests

Recently, the high rate global navigation satellite system-precise point positioning (GNSS-PPP) technique has been used to detect the dynamic behavior of structures. This study aimed to increase the accuracy of the extraction oscillation properties of structural movements based on the high-rate (10?Hz) GNSS-PPP monitoring technique. A developmental model based on the combination of wavelet package transformation (WPT) de-noising and neural network prediction (NN) was proposed to improve the dynamic behavior of structures for GNSS-PPP method. A complicated numerical simulation involving highly noisy data and 13 experimental cases with different loads were utilized to confirm the efficiency of the proposed model design and the monitoring technique in detecting the dynamic behavior of structures. The results revealed that, when combined with the proposed model, GNSS-PPP method can be used to accurately detect the dynamic behavior of engineering structures as an alternative to relative GNSS method.     

BP-AdaBoost模型在光纤陀螺零偏温度补偿中的应用

针对光纤陀螺零偏漂移随温度呈复杂的非线性变化,建立了BP-AdaBoost（Back Propagation neural network,Adaptive Boosting）模型对零偏进行补偿,改善了光纤陀螺的零偏稳定性能.同时,研究了模型参数对预测精度的影响,给出了BP神经网络隐含层神经元个数的选择以及AdaBoost模型迭代次数的确定方法.运用AdaBoost算法提升单个BP神经网络的预测能力,提高了集成模型整体的预测精度.对采集的光纤陀螺输出实测数据进行了事后仿真,结果表明,BP-AdaBoost模型相比传统的线性回归模型、混合线性回归模型、单个BP神经网络模型的补偿效果更显著,验证了该模型的有效性,具有重大的工程应用参考价值.      

弹用电磁继电器贮存退化试验及其寿命预测方法

弹用电磁继电器（EMR）是国防武器系统中重要的机电元件,负责信号传递、电路保护与控制、负载切换等功能,对弹用EMR贮存可靠性的可靠评估已成为亟待解决的问题。以装备应用普遍的某型弹用EMR为例,提出一种考虑性能退化的贮存可靠性试验和评价方法。通过研制的弹用EMR贮存退化试验综合系统,获得了其贮存退化敏感参数的变化情况,对弹用EMR的贮存可靠性建模方法进行了探索性研究。提出了基于时间序列分析和小波变换方法的实测参数预处理方法,提高了预测精度。通过回归理论估计了贮存退化模型的参数,并用所建模型对弹用EMR正常温度应力下的贮存寿命进行了预测。      

基于状态条件概率的设备剩余寿命预测

针对机载设备剩余使用寿命预测中存在的不确定性因素,建立了基于状态条件概率分布的机载设备剩余寿命模型.首先,引入状态条件概率矢量对隐马尔科夫模型（HMM,Hidden Markov Model）进行不确定性改进,并推导了其计算形式.其次,给出了近似确定状态退化转移时间的方法,由此得到了以状态条件概率矢量为协变量的条件可靠度函数及剩余寿命模型.最后,以飞机发动机温控放大器为应用对象进行仿真计算.仿真结果表明该模型预测精度高,能够较大程度地降低不确定性因素的影响.      

基于多应力退化模型的智能电表可靠寿命预估

针对运行态智能电表难以实现可靠寿命准确预估的问题,基于广义多应力加速模型,利用加速退化的试验数据研究并确定了智能电表的寿命分布规律,首先通过分析环境应力与Weibull分布模型参数的关系,建立了新的基于对数线性回归模型的多应力退化模型;之后提出了对该新模型的参数校正的方法,实现了正常应力水平下寿命分布模型参数的求解,获得了正常应力水平下智能电表的可靠寿命及其剩余寿命的预测结果;最后设置了正常应力条件,验证了该方法的可行性,为智能电表可靠寿命的综合评估提供了一种研究方法。     

一种地震动信号特征提取与分类方法

为了实时检测、识别和预警对地下基础设施的挖掘破坏活动，本文提出一种地震动信号特征提取与分类方法。通过提取小波包变换域和集合经验模态变换域的多域能量联合分布特征向量，构建改进的径向基神经网络分类模型，利用机器学习的方法提取稳定的信号多域融合特征，并实现准确的信号特征分类预测。由多类别挖掘信号的仿真实验结果可以看出，本文的算法和模型能有效提升地震动信号分类的准确率，对地震动干扰信号具有较强的鲁棒性。     

基于功耗残差的航天器CMG退化特征提取方法

为实现航天器控制力矩陀螺（CMG）性能退化状态评估，提出了一种基于卷积神经网络（CNN）与功耗残差的CMG退化特征提取方法。由于CMG控制系统对高速转子运动状态的高精准控制，CMG退化特征难以从转子运动状态数据中直接提取。针对该问题，从转子系统的能量损耗角度出发，通过分析CMG工作机理确定了影响单位时间内转子电机功耗的变量，并通过CNN建立了CMG运行状态参数与电机功耗之间的映射。将退化状态下电机实际功耗与模型输出的残差作为退化特征对CMG退化状态进行评价。通过某型号CMG的加速寿命实验数据进行验证，结果表明:构建的退化特征能够表征CMG转子轴承的性能退化情况，从而为CMG状态监测和故障预警提供参考。