混合变量系统基于MCMC的自适应重要抽样法

 系统关键故障的发生,会导致系统处于各种离散性能降级状态.针对传统的基于马尔可夫链蒙特卡罗(Markov chain Monte Carlo,MCMC)的自适应重要抽样法只适用于连续变量系统的不足,提出考虑混合变量的基于MCMC的自适应重要抽样法,以支持系统性能可靠性的高效仿真.该方法首先将由关键故障产生的不同失效域组成失效空间,并通过初始样本点在失效空间中随机游走构造马尔可夫链模拟样本;然后综合考虑连续变量与离散变量,利用核密度估计构建混合核抽样密度函数;再根据该密度函数进行重要抽样仿真并计算系统的性能可靠性;最后对该方法的仿真效率进行理论分析.通过电液舵机(Electro-Hydrostatic Actuator,EHA)案例对方法的正确性和仿真效率进行验证.     

燃油计算机可靠性分析

简要介绍了燃油计算机系统结构及可靠性模型 ,针对单机系统与双机系统 ,从可靠性及可用度两个方面作了分析、计算与比较 ,对马尔可夫过程进行可用度计算作了较为详细的推导。     

增广拉格朗日子集模拟优化方法

传统的工程结构优化设计方法在求解多设计变量、多约束条件的结构优化设计问题时,存在诸多不足,针对上述问题,基于增广拉格朗日约束处理方法和子集模拟优化方法发展一种新的结构优化设计方法——增广拉格朗日子集模拟优化方法(ALSSO).该方法首先利用拉格朗日乘子法处理多重约束条件,然后利用子集模拟优化方法对转化后的无约束优化问题进行求解;对罚函数因子的更新方法进行改进,以保证收敛过程的稳定性;利用两个算例对该方法的计算精度、稳健性以及计算效率进行验证,并与其他优化方法进行对比.结果表明:增广拉格朗日子集模拟优化方法具有非常优秀的寻优性能.     

多尺度自适应直接信息采样与重构

现有的直接信息采样(Analog-to-Information Conversion,AIC)方法在压缩感知框架下,将采集和压缩过程融合,但并未充分考虑不同稀疏成分在信号重构当中的地位。针对该不足之处,提出一种多尺度自适应直接信息采样与重构算法。该算法充分考虑小波变换后的高频信号和低频信号在重构中的不同地位,实现速率自适应的直接信息采样。同时,给出变速率采样下的信号重构策略,以解决常规重构算法在速率自适应采样时失效的问题。仿真结果表明,多尺度自适应AIC系统可以获得比传统AIC系统更好的AFSNR性能。     

余度伺服作动系统可靠性分析

可靠性是飞机设计的重要指标,现代民用飞机电传操纵系统的伺服作动系统普遍采用余度技术,传统的可靠性分析方法无法描述其动态过程。针对主备结构和三余度结构2种不同的民用飞机伺服作动系统方案,应用马尔可夫过程对其分别建立了可靠性模型,并仿真分析比较了两者的可靠性及故障覆盖率对系统可靠性的影响,对实际中系统方案的选择提供了理论依据。     

马尔可夫模型及其应用

阐述了马尔可夫过程的理论模型及其在实际问题中的应用。从实例可知,许多问题都能简化为马尔可夫模型来研究,特别是在随机服务系统、系统的可靠性和资产定价和管理中,研究的问题大都是马尔可夫模型的原型。     

推力室冷却通道结构可靠性仿真及参数敏感性分析

为了准确高效评估液体火箭发动机推力室身部再生冷却通道的结构可靠性,建立了基于有限元热结构耦合计算的结构可靠性仿真流程。考虑发动机干扰因素、身部结构尺寸及内外壁材料性能的随机性,利用Monte Carlo(MC)仿真和Epps-Pulley(EP)检验确定危险点的等效应力分布,根据基于参数估计区间的应力-强度干涉模型及点估计下限和Lindstrom-Maddens(L-M)法,确定冷却通道结构可靠度置信下限,并进行参数敏感性分析。结果表明:该结构可靠性仿真能够确定内壁失效的危险点,得到工程上更具实用价值的可靠度置信下限;外壁的强度裕度远大于内壁,冷却通道的结构可靠性取决于内壁;提高推力室燃烧效率或选用导热率稍低,而强度更高的内壁材料,是提高冷却通道结构可靠性的有效途径。      

基于可靠性指标的测试系统校准周期优化

通过对测试系统校准周期的直接反应法(SRM)和威布尔(Weibull)可靠性模型法的分析、改进,以及对校准过程中误判率的分析测算,解决了测试系统检定决策的风险问题.首先介绍了测试系统可靠性指标的相关计量技术规范,然后通过对常用的校准周期确定方法的介绍与分析,进一步给出了测量可靠性观测值的可靠性概率函数描述方法,并利用主元分析法来综合评价不同测量参数的影响,修正了最佳校准周期的计算.通过对自动测试系统DMM(数字万用表)测量通道的检定,表明这些优化措施是可行的.      

发动机控制系统时间限制派遣分析的若干可靠性理论问题

面向民用飞机与商用航空发动机的型号合格审定,需研究发动机控制系统时间限制派遣(TLD)分析的可靠性理论问题。基于TLD分析的开环与闭环马尔可夫模型,利用连续时间马尔可夫过程理论推导了发动机控制系统平均完整性水平的定义,该定义应当准确表述为不考虑维修时间的推力控制丧失(LOTC)频率;分别构建了单故障与多故障TLD分析的马尔可夫模型,分析了单故障与多故障TLD模型的特点。结果表明:与单故障模型相比,多故障TLD模型具有瞬时LOTC率是时间的函数、存在非派遣(ND)状态以及多故障状态有多种维修策略等特点;针对周期检查维修方式,利用条件寿命分布推导了检测间隔期发现故障条件下的平均故障前时间,进而求得平均故障暴露时间的计算公式。最后,结合某型实际FADEC系统给出了本文所提出理论的应用实例。     

伪随机谱载荷下的可靠性模型

齐次马尔可夫模型可以用于描述伪随机谱载荷下的裂纹扩展的随机过程。文中导出了用初始裂纹长度的分布及马尔可夫转移概率密度函数计算给定时刻裂纹长度分布的积分公式。建立了由实验数据估计马尔可夫转移概率密度函数的计算方法。在此基础上建立了计及裂纹检出概率的可检结构的可靠性模型。     

基于树形马氏链模型的可靠性分析方法

复杂系统的极限状态函数非线性程度较高，在进行可靠性分析时，易导致失效概率的计算误差大、效率低，针对上述问题，提出了树形马氏链（TMC）算法和基于该算法的可靠性分析方法。树形马氏链是对原始马尔可夫链的改进，其状态转移过程更加灵活，具备局部多链并行和自适应探索失效域边界的特性。树形马氏链通过多候选状态点扩大对失效域信息的收集，生成能充分反映失效分布特征的样本，对该样本进行自适应核密度估计得到近似最优的重要抽样分布密度函数，从而提高计算结果的准确度。文末的数值算例和工程算例验证了算法性能，计算结果表明算法对设计点、抽样起点的位置不敏感，处理强非线性及复杂串联系统问题时，能在少样本量下得到相对高准确度的计算结果，且在样本量改变时，计算结果相对稳定可靠；工程算例给出了所提方法在实际问题下的效率，体现了所提方法的工程应用价值。     

变量相关情况下基于马尔可夫链样本模拟的线抽样可靠性灵敏度分析方法

针对变量具有相关性的可靠性灵敏度分析问题,提出了一种变量相关情况下基于马尔可夫链样本模拟的线抽样可靠性灵敏度分析方法。在所提方法中,首先将相关变量等价转换为独立正态变量,然后采用基于马尔可夫链样本模拟的线抽样方法,求解失效概率对等价独立正态变量分布参数的偏导数,最后利用等价变换前后变量分布参数之间的解析关系和复合函数求导法则,求得失效概率对相关变量分布参数的可靠性灵敏度。为了解所提方法的效率和精度,对所提方法的可靠性灵敏度估计值进行了方差分析。由于所提方法采用马尔可夫链快速产生失效域中的条件样本,这些失效域中的样本可用来准确获取重要方向,并可作为线抽样的随机样本,因而该方法具有很高的抽样效率。算例结果表明,所提方法是一种计算相关变量可靠性灵敏度的高效率、高精度方法。     

基于OBDD的可修航天测控系统任务可靠性分析

基于顺序二元决策图(OBDD)理论,针对航天测控系统(TT&C系统)特点定义了新的OBDD数据结构,提出了一种考虑设备可修的TT&C系统任务可靠性分析方法.通过将各测控站的时间窗口划分为不同阶段,分析各阶段内设备逻辑关系并构建阶段OBDD模型,然后将所有阶段OBDD模型合并为最终的任务OBDD模型.采用连续时间Markov链(CTMC)分析可修设备的状态转移行为,基于新的OBDD数据结构给出了任务可靠性计算算法.与Markov方法和仿真方法的对比分析结果表明:所提出的方法能够精确计算设备可修的TT&C系统任务可靠性,设备数量多于30个时算法效率高于Markov方法.      

CNS/ATM网关系统性能分析

详细介绍了CNS/ATM网关系统性能分析方法。采用了嵌入式马尔可夫链模型分析 CNS/ATM网关系统性能。通过计算机仿真,具体分析了各种因素对CNS/ATM网关系统性能的影响。该分析表明,可通过提高系统的信息处理强度和减少信息处理时间均方差来改善系统的性能。这对于系统设计和性能改善具有指导意义。     

多星多任务运控系统可靠性优化模型

多星多任务运控系统任务需求是根据实时执行的各种任务而不断变化的,因而其在不同的任务状态下系统具有不同的可靠性结构。首先,给出了系统任务阶段分解的方法;然后,利用连续马尔可夫链理论建立了基于多星多任务运控系统的可靠性模型,给出了固定费用投资下对系统进行可靠性优化设计的边际分析算法;最后,通过案例分析,验证了模型的可行性与实用性。     

改进的基于隐马尔可夫模型的自适应IMM算法

针对机动目标跟踪中交互式多模型算法(IMM)的马尔可夫转移概率矩阵固定不变造成跟踪精度降低的问题,在已有的基于隐马尔科夫模型(HMM)的自适应IMM算法的基础上,对隐马尔可夫链的长度和Baum-Welch算法迭代次数的2个参数对该算法跟踪性能的影响,进行了深入研究分析,进一步明确了这2个参数选择的依据;并针对该算法在目标机动转换时峰值误差增大的问题,给出了2种修正方法,从而提出了改进的基于HMM的自适应IMM算法。最后,通过仿真分析了算法的参数和修正方法对跟踪性能的影响,并与传统IMM算法进行对比,证明了文章提出算法的有效性。     

多余度飞控计算机系统分级组合可靠性建模方法

系统可靠性是决定飞机飞控计算机系统(FCCS)体系结构选型的重要依据,可靠性建模技术(SRMT)是定量评价系统可靠性的关键。目前有可靠性框图(RBD)、故障树分析(FTA)、Markov随机过程和Petri网等多种系统可靠性建模方法,由于求解的途径不同,各种方法都具有优缺点。文章综合静态和动态系统可靠性建模方法特点,提出一种分类划分和分级组合的系统可靠性建模(HCRM)方法,并用该方法对Boe-ing777飞机非相似余度FCCS进行了可靠性建模。与传统方法比较,该方法将基于状态的可靠性建模方法和非状态可靠性建模方法进行组合,并基于系统静态和动态特性分级建模和求解,在一定程度上化解了复杂系统可靠性建模的复杂度和求解难度,使系统可靠性模型更加精细和符合实际系统。     

基于密度权重的可靠性灵敏度分析方法简

 为了提高可靠性灵敏度求解数字模拟法的效率,提出了一种变量空间确定性低偏差均匀抽样与样本点处联合概率密度函数构造权重相结合的方法,来估计可靠性灵敏度。该方法通过均匀样本点处联合概率密度函数的权重保证了可靠性灵敏度的估计值收敛于真值,而由低偏差抽样代替原问题中的联合概率密度抽样则可以保证更低的误差阶以及在小失效概率条件下抽得的样本有更高的可能性落入失效域,从而保证了所提方法具有更高的收敛速度。另外,所提方法可以采用与独立变量相同的步骤来估计相关变量情况下的可靠性灵敏度,计算简便,适用范围广。算例充分证明了所提方法的优越性。     

基于密度权重的可靠性灵敏度分析方法

为了提高可靠性灵敏度求解数字模拟法的效率,提出了一种变量空间确定性低偏差均匀抽样与样本点处联合概率密度函数构造权重相结合的方法,来估计可靠性灵敏度。该方法通过均匀样本点处联合概率密度函数的权重保证了可靠性灵敏度的估计值收敛于真值,而由低偏差抽样代替原问题中的联合概率密度抽样则可以保证更低的误差阶以及在小失效概率条件下抽得的样本有更高的可能性落入失效域,从而保证了所提方法具有更高的收敛速度。另外,所提方法可以采用与独立变量相同的步骤来估计相关变量情况下的可靠性灵敏度,计算简便,适用范围广。算例充分证明了所提方法的优越性。