基于GSPN的飞机前轮转弯系统安全性评估

为解决在缺乏统计数据时无法对系统安全性进行评估的问题,提出将系统广义随机Petri网(GSPN,Generalized Stochastic Petri Nets)与经典评估相结合的方法.以某型尚处于设计阶段的飞机前轮转弯系统为研究对象,通过分析该系统结构功能图,建立出系统故障类型和影响分析(FMEA,Failure Modes and Effects Analysis)表;依照经典公式,求出系统各单元及其故障类型的故障率、维修度、平均无故障时间和平均维修时间等数据;将求得的数据与前轮转弯系统的GSPN模型相结合,利用TimeNET软件求得系统各故障类型的稳态失效概率;联立经验公式及危险度矩阵图对系统的安全性进行评估.经测评,该型飞机前轮转弯系统安全性符合设计要求.      

故障诊断专家系统

以运七飞机起落架为实例研究开发了通用故障诊断专家系统，对系统的需求分析和功能，知识的获取与表达、推理逻辑及系统模型建立等技术关键进行了论述，且用故障树分析、故障模式、影响分析及面向对象技术等方法作为解决关键的措施。     

某伺服实时控制软件SFMEA/SFTA

对某助推伺服控制软件开展失效模式影响分析(SystemFailureModeandEffectsAnalysis,SFMEA) 和故障树分析(SoftwareFailureTreeAnalysis,SFTA)。SFMEA 是一种自下而上的分析方法,用以辨识出一系列可能的软件潜在故障模式,并评估其对系统工作的危害性。SFTA 是一种自上而下的分析方法,其目标是识别出基本事件(底事件),而基本事件可导致系统产生其所不希望发生的顶事件。应用SFMEA和SFTA的主要目的是提高软件和系统的安全性及可靠性。     

动态系统失效的不确定性分析及其高效算法

为了分析在不确定性元器件失效率影响条件下动态系统的失效问题,提出了满足工作时间要求的系统失效概率和满足失效概率限制的系统正常工作时间的分析方法。同时,为了研究元器件失效率对动态系统失效的影响程度,提出了元器件失效率对系统失效概率以及系统正常工作时间不确定性影响的重要性分析方法,建立了元器件失效率对系统失效概率和系统正常工作时间方差贡献的重要性测度指标。首先给出了指标求解的直接蒙特卡罗方法,然后采用基于分数矩的极大熵方法来高效估计系统失效的概率密度函数,采用乘法降维积分建立了2种重要性测度指标的高效解法。阀门控制系统和民用飞机电液舵机系统的算例结果表明所提方法的合理性和算法的高效性。     

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。      

非规则轴承故障的动力学建模与仿真

针对现有轴承故障研究大多将故障简化为矩形凹槽或圆形凹坑等规则形状,与实际故障形貌存在较大差别的问题,以航空发动机转子系统为研究对象,从滚动轴承的实际故障形貌和复杂转子系统中主轴轴承易失效的客观实际出发,提出了非规则轴承故障的表征方法,并将其引入单转子-轴承系统动力学模型,建立了轴承内外圈非规则故障模型。利用数值计算的方法对含故障轴承转子系统的振动响应进行了分析,并研究了系统轴承在内外圈含有矩形故障和非规则故障的情况下,故障的周向宽度和深度对系统振动的影响规律。针对滚动轴承内外圈中存在的故障轴承损伤,制作了不同位置、大小的故障轴承,并将其引入转子系统开展试验研究,采集了不同旋转频率和故障尺寸下的系统振动数据,通过与数值仿真结果的比较,充分验证了非规则轴承故障动力学模型的正确性。      

系统安全性分析与设计方法研究

简述了系统安全性分析与设计的发展现状,指出了其4个重要组成部分的内在逻辑关系;阐述了系统安全性设计的定性分析方法,提出了新的功能危害性分析(FHA)、故障模式和影响分析(FMEA)中对二次故障、多重故障及隐蔽故障的处理方法;建立了用于底事件定量分析的秩统计法,利用不完全寿命数据平均秩,导出了不完全寿命分布参数估计公式;建立了一整套更为合理、更为精确的系统安全性设计与分析技术.该技术已成功应用某机型襟翼操纵系统安全性设计与分析.     

面向智能电网嵌入式设备的网络威胁动态评估方法

针对智能电网嵌入式设备由于计算、存储资源有限而造成的对网络攻击行为应对不足，安全评估手段薄弱等问题，提出了面向智能电网嵌入式设备的网络攻击行为动态评估方法。使用安全控制模块对实际嵌入式设备通信数据流进行解析与判别，利用组件动态可信度量分析方法在嵌入式系统模拟机中对攻击行为安全影响进行安全检测评估，通过对平台配置属性、平台运行属性及用户认证属性3个方面属性进行全过程动态综合度量，得出最终网络攻击行为安全评估结果。通过在配电自动化及用电信息采集系统真实环境下进行测试，针对嵌入式设备常见的攻击行为，检测方法的准确率能够达到90%以上，具备较好的安全评估精度，与此同时实现了自身安全性的有效提升。      

基于场景控制特征的安全性需求分析方法

安全性需求是系统安全性保证的关键。随着系统复杂度和耦合度的剧增,安全性需求的分析提取日益困难。通过对系统需求场景的控制结构和过程分析建模,提出描述控制过程中系统变量间关系的变量影响图模型,进一步给出了安全性需求分析方法。通过该方法,使用变量影响图等对控制过程进行分析,生成基于系统理论事故模型和过程（STAMP）的危险性控制活动,并以此获得系统安全性需求。经实验验证,所提出的安全性需求分析方法在正确性和一致性方面具有较好的效果。      

总线容错机制及其验证方法

卫星系统广泛采用容错技术以提高系统的可靠性,而总线通信的稳定性和可靠性对于系统任务的成功至关重要．工程研制中,通常采用总线容错技术对系统通信故障进行识别和屏蔽．介绍了基于故障仿真技术的总线容错机制验证方法,包括故障规格分析技术、故障用例生成技术和故障仿真技术,利用该方法对某星载软件的总线通信功能进行了容错测试,验证了方法的有效性和实用性．     

四旋翼无人机执行器可重构性量化评价方法研究

随着对系统安全性和可靠性要求的不断提高,故障系统的自主恢复能力即系统的可重构性受到高度关注,然而现有对于控制系统可重构性量化评价的方法主要针对线性系统,因此以具有强耦合、欠驱动、强非线性的四旋翼无人机（quadrotor UAV）为被控对象,提出了一种基于双滑模面鲁棒观测器与马氏距离结合的非线性系统可重构性量化评价方法。首先,在四旋翼无人机非线性模型的基础上,设计了具有对扰动和故障均不敏感的双滑模面鲁棒观测器,用于实现对系统状态的准确估计;其次,在执行器饱和及系统状态误差指标双约束条件下,采用基于马氏距离的相似度法,对非线性系统可重构性进行量化评价;最后,通过四旋翼无人机仿真实验验证了所提方法的有效性。结果表明,所提方法能够真实反映不同故障程度下系统的可重构性量化水平,为非线性故障系统控制策略调整补偿提供了重要依据。      

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。     

部分可观Petri网故障的量子贝叶斯诊断

针对故障本身构建量子贝叶斯Petri网模型算法,并利用该子网模型进行Petri网系统故障分析。对于部分可观Petri网模型中的不可观故障,根据可达标识图分析变迁点火路径不能判断系统状态,建立量子贝叶斯子网模型,通过不确定路径引起的量子干涉重新标定变迁的条件概率表得到量子概率振幅表。根据故障变迁的前置集合并结合量子贝叶斯推理计算变迁触发的先验概率,由后置集合中的可观变迁修正后验概率,由最大后验概率估计系统所处状态,当故障变迁不唯一时,选取最大概率的故障作为故障源。以实际故障系统建立部分可观Petri网模型,结合可观标签概率序列信息和量子贝叶斯概率估计,对系统不可观部分进行故障诊断验证算法的有效性。      

基于故障建模的双余度舵机故障诊断技术

针对双余度舵机系统结构复杂、故障诊断困难的问题,提出了根据故障模型反向推理的故障诊断方法.在充分考虑各元件失效机理的基础上,将故障注入闭环系统建立典型故障模型.故障模型仿真了不同元件故障如何导致系统性能下降甚至完全失效.基于故障模型的仿真结果,对可观测到的异常状况进行分类和逆向推理归纳出故障诊断方法,并利用数学公式对一些故障量化评估.该诊断方法涵盖系统各元件,可快速定位故障元件,判断失效原因并进行定量分析,而且算法简单易于工程实现.      

DS/FH测控系统抗干扰性能分析与测试

为全面、有效衡量用于应急测控的直扩/跳扩(DS/FH)系统的综合抗干扰性能,采用最低性能指标约束法,对系统抗干扰性能进行综合分析.以音调干扰、脉冲干扰以及高动态环境为例,探讨了不同干扰条件对系统最低性能指标的影响.为解决最低性能指标约束下系统抗干扰性能测试步骤繁多、效率低、代价高的不足,采用蚁群算法,将指标测试次序建模为最佳路径选择问题.通过实例仿真验证了测试模型的正确性与有效性.该方法对DS/FH测试方案的选择具有指导意义.      

基于神经网络的卫星控制系统故障识别方法

闭环控制系统的反馈调节机制,可能破坏开环系统的可辨识性,导致误报率和漏报率同时上升,还可能导致同一故障模式下的多个变量发生异常,给闭环控制系统故障识别带来难度。针对单输入单输出系统,分析了闭环控制对可辨识性、误报率和漏报率的影响,对多输入多输出系统,理论上推导了闭环控制系统传感器故障的传播机理,分析了闭环控制系统对系统变量的影响关系,利用神经网络构建了闭环故障识别算法。数值仿真结果验证了闭环对故障系统诊断的不利影响,而卫星姿态控制系统的仿真结果标明:与传统方法相比,提出的方法识别性能更高。     

基于模糊故障树法的清洗机器人安全性研究

提出用故障树形图分析法来分析机器人安全性.首先根据机器人设计方案及失效分析建立故障树模型,用故障树分析法对此模型进行定性和定量分析.针对系统底事件和中间事件发生概率情况获取不足的现状,将模糊集理论引入故障树分析法,将底事件(基本事件)发生概率描述为模糊数,通过模糊运算规则估计出整个系统的故障率.      

一种空间飞行器控制系统软件协同演化方法

针对空间飞行器控制系统软件在开发演化时存在管理复杂、开发过程无序、协同度低的问题,提出一种空间飞行器控制系统软件协同演化的方法。首先对软件演化过程中的演化活动、演化策略进行了分析,之后基于对软件演化活动所得到的演化路径利用有向图进行了建模并给出了其演化活动的排序,最后,对演化路径有向图中出现的并行活动和环的情况进行分析,同时给出了相适应的排序算法。基于该方法,软件演化过程得到规范,较好的解决了复杂情况下演化路径求取困难的问题。     

冗余直接驱动伺服作动系统建模与特性分析

为了提高数字式直接驱动伺服作动系统的可靠性,对系统进行了余度配置,电气部分采取三余度,机械部分采取二余度,设计了伺服作动系统的余度配置和管理方案.对系统的机理进行了深入研究,建立了二余度阀控液压缸、三余度直流无刷电动机等系统各部分的数学模型,分析了余度配置对系统的可靠性和动静态性能的影响.基于Matlab的仿真平台Simulink对冗余伺服作动系统进行了仿真分析.结果表明,系统在电气二次故障、机械一次故障的情况下仍保持较好的动态特性,系统的余度配置和管理方案使系统可靠性得到提高,动静态性能得到改善,为冗余直接驱动式伺服作动系统的研制提供了理论依据.