一种新的矩独立重要性测度分析方法及高效算法

为了更加合理地分析输入随机变量对结构系统失效概率的影响,提出了一种新的矩独立重要性测度分析方法。传统的重要性测度指标只能估计输入随机变量在固定点时对结构系统输出响应的影响,而所提新指标能够充分反映输入随机变量在其分布区域的所有缩减区间上变化时对结构系统输出响应的平均影响程度,更加符合工程实际。为了求解新指标,给出了2种算法:传统的双层重复抽样蒙特卡罗（DLRS MC）方法和自适应超球重要抽样（ARBIS）方法。双层重复抽样蒙特卡罗方法计算结果可以作为对比参照解,但求解效率较低,计算量很大;自适应超球重要抽样方法在满足新指标求解精度的前提下,计算效率得到很大提高。应用数值算例和工程算例证明了所提新指标的意义和所提新算法的高效性。      

时间触发CAN总线实时性分析及评估方法

针对目前时间触发控制器局域网(CAN,Controller Area Network)总线缺乏统一评估方法的现状,提出了一套系统建立与评估方案.采用均匀装载算法建立系统调度矩阵,实现了周期信息的实时传输.结合CAN总线的传输机制与时间触发的特点,改进了时间触发系统中非周期信息最坏延迟的计算方法.在此基础上针对不满足系统实时性要求的信息提出了计算其失效概率的方法,建立了时间触发CAN总线系统的设计与评估流程,提出了系统参数调整方案.评估方案能够提高设计效率,利用信息失效概率以及最坏延迟对系统实时性进行分析,使分析结果更加精确、实用.     

考虑人及组织因素的航天工程项目风险分析模型

针对人及组织因素是造成航天工程项目风险的重要原因,在揭示了人及组织因素产生航天工程项目风险的机理基础上,构建了考虑人及组织因素的航天工程项目风险分析模型。模型首先评价人及组织因素对航天工程元器件建造工作质量的影响,接着测度工作质量与不同缺陷类型之间的一致性概率,并应用Poisson分布计算缺陷严重性,最后根据贝叶斯定理对元器件先验失效率进行修正,通过一个经过数据处理的航天工程项目对所构建的模型和方法进行了验证。     

旋转对称结构零部件时变可靠性模型

分析了旋转对称结构零部件的失效特点以及对称单元数对零部件可靠性的影响,建立了能体现对称单元数的旋转对称结构零部件强度概率密度函数和累积分布函数.分别以随机载荷作用次数和时间为寿命度量指标,建立了随机载荷作用下能够全面体现载荷、强度、对称单元数、寿命指标等参数影响的旋转对称结构零部件时变可靠性模型与失效率计算模型.研究表明:在强度不退化的情况下,旋转对称结构零部件的可靠度也会随着寿命指标(载荷作用次数或时间)逐渐降低,失效率随寿命指标逐渐减小.对于具有相同对称单元的旋转对称结构零部件,随着对称单元数的增加,零部件可靠度会降低且失效率会增大.     

基于随机与区间分析的状态方程不确定性比较

基于现代控制理论中状态方程的求解算法,对具有参数不确定性的控制系统采用非概率区间分析方法与随机控制理论进行研究。首先明确实际工程应用中不确定性的概念和影响,分别建立了区间值和随机过程2种描述方法,求解系统的响应区间,并分为与初始条件和输入相关的零输入和零状态两部分不确定量。根据区间数学中的区间函数扩张原理和概率统计理论中的切比雪夫不等式,从数学证明和数值计算2个方面,分别用非概率区间分析和概率统计方法求解不确定系统的响应,并对二者进行比较,分析其相容性。结果表明,在由概率统计信息得到不确定性变量的区间向量为系统输入的情况下,非概率区间分析方法得到的响应区间包含由随机控制理论得到的响应区间。     

基于灰色理论的复杂系统多故障模糊诊断

航天、核电等复杂系统源发故障概率通常难于获取,由此导致基于最大后验概率准则的诊断方法失效。针对上述问题,从测试可靠性先验概率入手,提出了一种基于相关矩阵和灰色系统理论的故障诊断方法,通过对系统建立故障-测试相关矩阵,生成有排序的测试报警概率矩阵,并利用灰色关联度衡量测试结果向量与故障特征向量的接近度,实现了对多发故障的模糊诊断。实验结果表明,该方法在诊断指标权重调整、诊断精细度、重点关注故障检出等方面优势明显,诊断结论正确率满足实用需求。     

成本约束的表决冗余系统可靠度优化与分配

在成本限制下,为使系统的可靠度最大,系统采用表决冗余结构,并对具有表决冗余结构的系统可靠度和冗余度同时进行优化和分配,优化方法采用增广拉格朗日乘子法和鱼群算法相结合的混合算法;不仅分析了成本与可靠度的关系,同时讨论了表决器失效率对系统可靠度的影响;最后,以某型飞机的纵向俯仰运动飞行控制系统为例,仿真说明了在成本约束下,为使系统可靠度尽可能高,系统采用四余度配置更合理,且在只有单个表决条件下,应选取可靠度尽可能高的表决器.为避免单个表决器失效对系统可靠度的影响,实际系统中常选择多表决器冗余结构.     

考虑结构刚度不确定性的概率颤振分析

针对舵面颤振系统中存在的不确定性问题,考虑参数的随机分布,利用蒙特卡罗模拟（MCS,Monte Carlo Simulation）和非浸入式随机多项式（NIPC,Non-Intrusive Polynomials Chaos）两种方法进行概率颤振分析,以对结构稳定性和颤振风险进行评估.选取一个存在非线性因素的典型三维舵面作为研究对象,考虑舵机弯曲刚度和扭转刚度两个不确定性变量均满足高斯分布,基于MCS和NIPC两种方法开展不确定性定量分析工作.MCS方法选取大量的样本进行颤振计算,而随机多项式方法利用配点法建立代理模型,以此获得大量的颤振信息,进而得到舵面系统发生颤振的危险速度区域及给定速度下系统发生颤振的概率,并对两种方法的置信水平、计算精度和计算效率进行了比较分析.结果表明,以不确定性量化为基础的概率颤振分析方法能充分利用不确定参数的概率信息对结构系统的颤振风险做出评定.      

基于节点连通度的水下通信系统生存性研究

在水下通信系统中，仅仅考虑节点的强度来描述水下通信系统中各个节点的重要性是片面的，为了更好地对水下通信系统的节点重要性进行评估，提出了节点连通度这一指标对水下通信系统进行描述。对节点连通度的定义和方法进行了说明，并对水下通信系统节点重要性和失效方式进行了计算推导，得到水下通信系统节点信息被获取的概率的计算方法。通过对一个水下通信模型进行仿真，验证了节点连通度指标可以描述水下通信系统的生存性。      

结构使用寿命评定的功能失效概率控制方法

提出了结构关键件功能失效概率、单机功能失效概率和机群功能失效概率的概念.以二项分布为基础,建立了从结构关键件功能失效概率、单机功能失效概率直至机群功能失效概率分析计算模型,并建立了基于功能失效概率控制的结构修理时间确定和使用寿命评定方法,给出了型号结构使用寿命评定计算分析实例.     

飞机舱门泄压阀机构磨损可靠性与灵敏度分析

泄压阀机构是飞机舱门的重要组成部分，对维持飞机正常安全运行起到重要作用。在ADAMS软件中建立了飞机舱门泄压阀机构多体动力学仿真模型，研究销轴发生以磨损为主要形式的性能退化时，对泄压阀机构定位精度的影响。建立了泄压阀机构定位精度的功能函数，引入主动学习Kriging代理模型，挑选符合学习准则的点提高代理模型精度。采用Monte Carlo方法计算了不同磨损次数下泄压阀机构的失效概率与3种全局灵敏度指标的变化规律，并给出了不同阈值情况下失效概率和基于失效概率的全局灵敏度指标的变化规律。结果表明:在不同磨损次数下，对于磨损量较大的销轴，其全局灵敏度指标值也较大，并且各项指标随磨损次数的变化规律存在差异。      

多种失效模式履带车辆扭力轴可靠性稳健设计

履带车辆扭力轴通常存在多种失效模式,因此对其进行灵敏度设计分析时需要充分考虑不同失效模式的影响。提出一种多失效模式机械零件可靠性灵敏度分析的数值方法,运用随机摄动理论和四阶矩技术,求得各个失效模式状态函数的前四阶矩和可靠性指标,有效解决了结构随机变量参数分布未知时,不同失效模式下构件可靠度的计算问题。根据机械零件发生一种失效模式即整体失效的具体特点,研究含相关性的不同失效模式机械零件的可靠度计算方法。结合灵敏度分析的梯度算法,推导出关于随机变量均值和方差的灵敏度计算公式,进而根据灵敏度的分析结果,提出多种失效模式下多目标优化的可靠性稳健设计模型。数值算例表明,本文方法可以高效迅速地估计多失效模式下机械构件的可靠性灵敏度。最后还对其进行了可靠性稳健优化设计研究。      

四旋翼无人机动态面控制

针对四旋翼无人机（UAV）飞行器系统欠驱动特点,引入动态面控制方法,对四旋翼UAV的位置和姿态进行控制。考虑到飞行器速度和角速度难以测量,设计高增益观测器得到UAV的速度和角速度的估计值。相对于反演法,动态面控制的设计更简洁,并且通过引入滤波器来求取控制信号中的系统状态的导数项。另外,常用的时标分离方法不能给出全局稳定性分析,本文引入动态面设计控制律保证系统所有信号半全局一致有界,同时给出系统全局稳定性证明。仿真结果表明,四旋翼UAV能快速精确完成目标跟踪。      

基于可靠性分析的最优冗余配置数量确定方法

针对基于传感器级冗余的捷联惯性导航系统中陀螺仪的冗余配置问题,设计了一种确定最优冗余配置陀螺仪数量的方法,综合考虑了系统的可靠性和成本代价.在各陀螺仪故障的发生为相互独立的前提下,以可靠性函数为工具,提出了确定最优冗余配置数量的性能指标.以该性能指标为依据,分析了斜置冗余配置的陀螺仪数量改变时该指标值的变化情况.结果表明:确定最优冗余配置数量的性能指标的值最大时,所对应的最优斜置冗余配置陀螺仪数量为6.     

Potentialities of theoretical and experimental prediction of Life Support Systems reliability.

To develop and design Life Support Systems it is necessary to evaluate their reliability. However direct experiments take much time, are very expensive, and therefore are practically impossible. Promising way is to use approximate estimates of reliability, which need essentially fewer amounts of experimental data. Two types of estimates of Life Support System reliability--additive and multiplicative ones are considered in the paper. Additive estimate is based on the assumption that total system failure probability is low and therefore it can be considered as the sum of failure probability of separate units. Additive approach allows obtaining near lower-bounded estimate of failure probability. Multiplicative estimate allows evaluating the possibility of system catastrophe due to simultaneous effect of several factors when each of them separately is not dangerous. Evaluation shows that the possible error of reliability forecast increases with the increasing of number of external factors faster than exponential function. An illustration of the ecological similarity approach as promising tool for providing estimation of full-scale system reliability by means the set of small similar experimental models.     

新的寻的导弹半实物仿真系统小样本实验方法

针对自寻的制导导弹半实物仿真系统仿真实验造价昂贵的现实,对小样本实验进行了研究,提出了一种新的基于目标机动对命中误差灵敏度和机动分布函数的小样本实验和估算方法.文中描述了目标机动对命中误差灵敏度的拟合正交函数系及其一致收敛性,并用测度理论证明了小样本方法估算期望和方差的逼近的一致收敛性质.文中的理论证明为该小样本实验方法提供了理论依据.通过对半实物仿真系统的大样本和小样本对比实验,证明该方法的统计结果与大样本统计结果非常接近.该方法是一个适应于各种可控变参系统和自寻的制导武器半实物仿真系统小样本实验的崭新方法.     

地地弹道导弹可用性仿真评估系统构建

阐述了地地弹道导弹可用性评估的重要性,并以此为需求牵引,提出了以MTMC-RDEDS(Mission Time Monte Carlo Random Discrete Event Dynamic Systems)为核心的可用性建模与仿真一体化框架,结合实际应用,以模型重用技术为基础,构建了拥有丰富建模与仿真知识库、模块化设计与开放式接口的导弹可用性仿真评估系统总体框架及软件层次结构,并给出了涉及工作状态、维修保障、统计优化在内的核心仿真模型与算法,探讨了系统实现的关键技术,包括:随机变量建模、武器系统建模、仿真系统可信度评估.利用VC++和相关软件开发了地地弹道导弹可用性仿真评估系统,给出了仿真运行界面,并进行实例分析,验证模型和系统的有效性.仿真的结果与实际试验情况吻合较好,表明该动态评估方法快捷有效,评估系统建设方案合理可行,适用于工程分析,不失为地地弹道导弹可用性评估的一种有效手段.     

一种平均矩独立重要性指标及其拒绝抽样方法

在矩独立重要性分析过程中,重要性指标往往用于衡量结构系统输出不确定性向输入变量不确定性的逆向分配问题。假设输入参数的方差可以减缩一定比例因子,那么矩独立重要性指标可以定义为该缩减因子的函数。同时,假设输入参数的方差缩减因子为一随机变量,那么可以取矩独立重要性指标函数的均值定义一个新的平均矩独立重要性指标。由于使用Sobol方法计算平均矩独立重要性指标的模型需要循环抽样,计算量很高,故引入拒绝抽样（RS）方法,通过重复利用矩独立重要性分析中的一组输入输出样本,就可以额外计算得到矩独立指标函数和平均矩独立重要性指标,这大大节约了计算成本。本文所提指标函数及平均指标的有效性和RS方法的准确性、高效性通过数值和工程算例得以验证。