具有变点的不确定竞争失效退化系统的可靠性建模

针对具有变点的竞争失效退化系统的可靠性进行了建模，系统同时遭受连续内部磨损退化和外部冲击，内部磨损退化由一个不确定过程表示，外部冲击过程是一个更新回报过程，即外部冲击到达的时间间隔和每次冲击的损坏量都是随机变量。外部环境条件的变化导致随机次数的冲击后损坏量服从的分布发生变化，通过运用不确定理论和机会理论，分别推导出系统在3种不同冲击模式下的确信可靠度公式，并通过数值算例验证了模型的正确性和有效性。      

基于UR-MTPGERT网络模型的复杂装备风险传导分析

针对复杂装备风险传导关系描述不清晰的问题,构建了风险传导不确定随机多传递参量图形评审技术（UR-MTPGERT）网络模型。首先,基于机会理论,定义了不确定随机变量的矩母函数,并在此基础上构建了UR-MTPGERT网络模型。其次,为刻画复杂装备的微观风险信息,在模型中引入系统风险度、风险元重要度、风险路径关联度等解析参数。然后,求解矩母函数时,采用德尔菲法处理专家经验数据,得到经验不确定分布,并利用极大熵模型处理随机数据,得到概率密度函数;引入矩阵分析技术,解决了网络拓扑分析困难的问题,在此基础上计算网络参数。最后,对某型飞机进行安全性分析,结果表明,该模型能清晰反映风险元间的关系,可以为复杂装备的风险分析、预判和安全控制提供借鉴。      

考虑冲击韧性的退化-冲击相依竞争失效建模

复杂系统的失效通常是退化失效与随机冲击导致的突发失效之间耦合竞争的结果。针对某些具有冲击韧性的系统，提出了一种基于非线性Wiener过程的退化-冲击相依竞争失效模型与可靠性评估方法。首先，采用m-δ冲击模型考虑了系统抵抗冲击载荷的能力，即只有随机冲击频率高于一定水平才会导致突发失效，其余情况只会对退化过程产生影响。然后，在此基础上，通过修正非线性Wiener过程模型来考虑随机冲击对系统退化在退化增量和退化速率两方面的影响。最后，采用某空间用存储芯片案例对所提方法进行验证，并开展了参数敏感性分析，结果表明了所提方法的合理性与有效性。      

基于故障行为的惯导产品贮存寿命试验设计

以典型惯导产品加速度计贮存寿命评估为例,提出了一种基于故障行为模型的加速退化试验设计方法,解决了缺乏预试验数据情况下试验应力水平设计的问题。在通过对产品特性和主机理分析基础上,确定表征产品贮存寿命特征参数及试验应力,构建了考虑材料等分散性的加速度计故障行为模型,用以描述参数加速时变规律的特性。在试验应力最高水平确定的情况下,基于给定置信度和故障行为模型,以高应力水平下退化量的置信下限与低应力水平下退化量的置信上限不交叉为原则,采用基于仿真的加速退化试验设计方法,优化确定低应力和中间应力水平,从而设计给出试验剖面,并给出了加速退化试验方案优选流程,最终从备选方案集中确定加速度计试验最优方案。通过实际案例分析,验证了该方法的有效性。      

一类复杂通信条件下高阶线性群系统编队控制

针对时变时延、拓扑不确定和外部扰动等复杂通信条件下的高阶线性群系统编队控制问题进行研究。首先，建立了群系统编队控制问题的数学描述，并基于一致性最近邻原则给出了编队控制协议框架。其次，提出了群系统实现编队的充要条件。通过状态分解和变量代换，给出了约束条件下，编队控制协议的设计方法。同时，为得到群系统所允许最大时延边界，引入自由权矩阵，得到了保守性较小的线性矩阵不等式（LMI）判据条件。仿真实验验证了编队控制方法对于有界时变时延、拓扑不确定以及外部扰动具有一定的鲁棒性。      

基于三坐标测量机的立方镜标定精度分析

立方镜是航天器产品制造过程中不可缺少的工艺基准。针对基于三坐标测量机的立方镜标定精度问题，进行了不同采样策略的采样试验，获得了立方镜夹角测量重复性数据。并利用解析法和蒙特卡罗方法两种理论分析方法分别对立方镜相邻面夹角测量不确定度进行了评估。数据表明，试验和理论分析结果一致， 两种理论分析方法得到的立方镜相邻面夹角测量不确定度相差微小，且夹角的测量不确定度随着采样点的数量增多而减小，最小接近0.0020°。利用理论分析的方法可以进行面向测量任务的立方镜标定精度的评估和采样规划。     

不完全加速退化的三参数幂模型线性化方法

针对加速度计零偏和标度因数不完全加速退化数据的非线性预测问题,提出一种加速度计加速退化的三参数幂函数模型线性化方法.该方法假设三参数幂函数退化轨迹模型的幂指数与加速应力无关,考虑到不同应力水平的试验时间相当时,较高应力下的参数退化速率较快,其退化轨迹与较低应力水平的相比,退化量更加接近性能参数的失效阈值,而低应力水平下退化量与失效阈值差距较大,因此最高应力水平下的退化轨迹更能反映加速度计性能参数的长期非线性退化规律.据此进一步提出了加速退化数据三参数幂函数模型幂指数确定的均方相关系数最大化原则,该原则通过高应力水平试验数据确定模型的幂指数,由此实现三参数幂函数模型的线性化,克服由于初值敏感而导致模型预测时稳健性较差的问题.为加速退化轨迹非线性模型的预测提供了一种工程化方法.     

基于过程质量数据的制造系统可靠性建模分析

针对传统制造系统可靠性评价不考虑加工过程产品质量数据,无法对制造系统可靠性进行及时准确的建模分析,提出了基于过程质量数据的制造系统可靠性建模分析方法.首先,在给出了包含制造产品质量的制造系统可靠性新内涵的基础上,分析了制造过程中关键质量特性检验数据和制造系统组件的退化故障数据等过程质量数据对制造系统可靠性建模的影响,从而明确建模需求.然后,首次提出了基于产品合格概率和制造系统组件退化失效率的制造系统可靠性分析模型.最后,通过某盖板的加工系统的可靠性建模分析验证了模型的有效性.结果表明该模型能够方便地利用制造阶段的质量数据更准确地估计出制造系统可靠性.     

两阶段变阈值关联竞争退化建模

机电产品在使用过程中，存在磨损退化失效和环境引起的冲击失效。通常认为自身退化与冲击失效是相互独立的或存在冲击造成自身退化突增的局部关联现象。本文考虑冲击会影响退化过程，同时退化也会影响冲击，当自身退化量达到一定值后不仅会影响冲击失效的失效率，还会使产品冲击失效阈值降低，造成产品的抗冲击能力下降，使产品的冲击失效过程呈现两阶段现象，在自身退化与冲击失效相互关联相互竞争的情况下，建立了失效率与失效阈值改变的可靠性模型，解决了传统竞争退化建模考虑因素不完整的问题。      

知识与数据融合的可靠性定量模型建模方法

可靠性定量设计的关键是建立可靠性定量模型。现有的可靠性定量模型建模方法主要基于设计人员对产品对象故障规律的知识,包括故障模式、环境扰动、故障机理等。但知识固有的有限性和不完整性必然会给可靠性定量模型带来模型误差和输入参数的不确定性。针对这个问题,提出了基于贝叶斯理论融合知识和数据的可靠性定量模型建模方法,量化并更新模型误差和输入参数的不确定性。为此,首先说明了知识与数据融合的可靠性定量模型建模工作,建立了知识与数据融合的可靠性定量模型建模框架;接着阐述了基于贝叶斯理论的知识与数据融合原理;然后介绍了基于贝叶斯理论融合知识与数据的通用方法,并分别针对性能波动数据和性能退化数据2种常见数据类型进一步详细讨论了各自适用的贝叶斯融合方法;最后通过机载轴向柱塞泵的案例验证了前述方法的可行性和有效性。      

行星际慢激波的传播和演化

采用二维理想MHD模型，分别在日球赤道面(二维二分量模型)和日球子午面(二维三分量模型)内研究太阳风中慢激波的传播和演化规律．结果表明，慢激波在向外传播的过程中逐渐演化为由原慢激波和新产生的快激波构成的激波系统，该激波系统在子午面内相对慢激波源中心法线基本对称，而在赤道面内则是不对称的：快激波阵面和慢激波阵面之间存在一个切触点，该处两个激波合并，蜕化为气体激波．上述切触点相对激波源中心法线东偏，且东偏角度在激波系统向外传播过程中不断增加．初步分析表明，行星际磁场的螺旋结构是产生日球赤道面内慢激波传播和演化的东西不对称性的主要原因．     

Forecasting space weather: Predicting interplanetary shocks using neural networks

We are developing a system to predict the arrival of interplanetary (IP) shocks at the Earth. These events are routinely detected by the Electron, Proton, and Alpha Monitor (EPAM) instrument aboard NASA’s ACE spacecraft, which is positioned at Lagrange Point 1 (L1). In this work, we use historical EPAM data to train an IP shock forecasting algorithm. Our approach centers on the observation that these shocks are often preceded by identifiable signatures in the energetic particle intensity data. Using EPAM data, we trained an artificial neural network to predict the time remaining until the shock arrival. After training this algorithm on 37 events, it was able to forecast the arrival time for 19 previously unseen events. The average uncertainty in the prediction 24 h in advance was 8.9 h, while the uncertainty improved to 4.6 h when the event was 12 h away. This system is accessible online, where it provides predictions of shock arrival times using real-time EPAM data.     

无人机全包线模糊鲁棒跟踪控制

针对无人机大包线飞行中气动特性大幅变化以及存在参数不确定性和外界干扰等特点,设计全包线模糊鲁棒跟踪控制器.通过模糊c-均值聚类建立逼近全包线动态的模糊T-S（Takagi-Sugeno）模型.基于高度和空速跟踪增广系统,根据保性能控制理论,采用广义系统的模糊Lyapunov函数方法,以线性矩阵不等式形式给出全包线模糊鲁棒跟踪控制器参数的约束条件,保证广义系统稳定.并最小化扰动抑制度来优化控制参数.该控制器既降低了控制保守性,又减小了参数求解的复杂度.仿真表明,无人机在整个飞行包线内能够精确地跟踪空速和高度参考指令,对参数不确定和外界干扰具有强鲁棒性.      

压力传感器动态特性参数不确定度评定

压力传感器动态特性参数的不确定度是表征其动态测量性能的重要指标。提出了一种压力传感器动态特性参数的不确定度评定方法。首先,使用激波管动态校准系统产生阶跃压力信号激励压力传感器,得到传感器的输出信号;其次,采用基于经验模态分解（EMD）的传感器输出信号预处理方法,减小动态校准过程中噪声的影响;然后,根据传感器的输入输出信号,采用自适应最小二乘法建立压力传感器的数学模型,进而得到其时频域动态特性参数;最后,针对重复校准实验得到的动态特性参数序列的小样本特点,采用自助法计算参数的扩展不确定度和相对不确定度。采用激波管系统对压力传感器进行多次重复动态校准实验,计算时频域动态特性参数的不确定度,并与现有方法进行对比。实验结果表明:本文方法可以弥补贝塞尔法在处理小样本量数据中的不足,且与蒙特卡罗法的不确定度评定结果相对误差小于10%,说明本文方法可以有效地评定压力传感器动态特性参数的不确定度。分析时频域动态特性参数的相对不确定度得到传感器的工作频带和超调量受噪声的影响较大,为动态校准实验条件的改善提供了重要依据。      

一种非线性鲁棒PID控制器设计方法

针对一类非线性不确定系统,提出了一种基于PID(比例-积分-微分)控制的鲁棒控制方法.整个控制器由PID控制器和一个鲁棒补偿器构成.首先,基于系统的标称模型设计PID控制器;然后在PID控制的基础上,设计一个辅助鲁棒补偿器,用于补偿系统非线性、参数摄动和外界扰动等对系统控制性能的影响.补偿器的设计基于李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论进行,从而保证了闭环系统的鲁棒稳定.采用该方法对倒立摆跟踪问题进行了仿真控制,仿真结果验证了设计方案的有效性.     

结构振动的鲁棒可靠性

以传统的结构振动概率设计方法为基础,用区间集(超长方体)将不确定变量定量化,降低了传统的概率统计方法对统计特性的过分要求,通过区间参数摄动法得到固有频率所在的区间集,建立了激振力频率与结构固有频率干涉的非概率模型,给出了结构振动鲁棒可靠性准则.振动鲁棒可靠性的度量是通过结构避免发生共振所允许的不确定量的大小来体现的.结构所能承受的不确定度越大就越可靠,反之就不可靠,在数学模型上表现为激振力频率区间集与结构固有频率区间集的偏序关系.通过数值算例表明了所提出的结构振动非概率鲁棒可靠性准则的可行性.      

行星际激波传播至1AU的渡越时间预测

考虑了激波爆发源角宽度、能量、驱动时间、激波速度及其与背景太阳风之间的相互作用,利用流体力学扰动方程建立起一个激波扰动传播模型,用于研究激波从太阳传播到地球轨道附近(1 AU处)所需要的时间(渡越时间)问题.为印证扰动传播模型的适用性,利用1979-1989年间的27个激波事件,以及1997年2月到2000年1月间的68个激波事件,对激波到达地球轨道附近的渡越时间进行了预测,并将结果与STOA和ISPM预报模型结果进行了比较.实验表明,该模型在所有95个事件中,渡越时间相对误差小于10%的事件数占总事件数的25.26%;相对误差小于20%的占总事件数的50.53%;相对误差小于30%的占总事件的65.26%.