国外航天软件故障原因分析

介绍了包括阿里安-5火箭、＂火星气候轨道器＂、＂火星极地着陆器＂在内的几个国外航天器和运载器发生的在轨故障,并从技术和管理方面分析了这些故障中与软件相关的原因。针对技术方面,分析了国外航天软件研制过程中在软件需求分析、软件复杂度、软件重用、软件安全性设计准则、质量保证及评审、系统安全性设计、测试及仿真环境缺陷等方面存在的问题;针对管理方面,分析了责任和权力划分、沟通渠道等方面存在的问题。文章最后给出了美国国家航空航天局专家针对这些问题提出的改进建议,提出了针对我国航天软件研制过程的启示和建议,如加强团队之间的沟通,提高评审效率。     

航空发动机中介轴承的故障特征与诊断方法

提出了转差域频谱和转差域包络谱的概念,建立了诊断航空发动机中介轴承故障的方法.利用发动机高、低压转差作为触发信号,对发动机振动信号进行等转差周期采集,并在转差域对振动信号进行频谱和包络谱分析.结果表明:不平衡响应、不对中响应以及外环静止的轴承故障响应等振动信号在转差域频谱和转差域包络谱上的位置随转速变化;而中介轴承的故障响应在转差域频谱上的边频成分间距不随转速变化,具有倍频“恒间距”特征;在转差域包络谱上的位置也不随转速变化,具有“恒频”特征.带外环故障的中介轴承实验表明:转速变化时,在转差域包络谱中,外环故障特征倍频成分位置不变;在转差域频谱中,出现间隔宽度恒定为外环故障特征倍频的频率成分.      

民用飞机着陆系统安全性评估的故障树分析

飞机着陆系统是保障飞机安全进近着陆的关键系统,如何评估着陆系统满足安全性设计要求是系统设计的重要环节之一。阐述民用飞机安全性评估的基本流程,以微波着陆系统为例,针对给定的微波着陆系统框图,通过故障树分析方法,对完全丧失两侧微波着陆信息的失效状态进行定量评估,重点详述建树过程和建树方法。结果表明:故障树分析对系统架构的设计具有重要的指导作用,二者紧密结合、相互反馈;特别是当失效状态所对应的概率要求无法满足时,借助故障树分析产生的割集报告,能找出系统架构存在的薄弱之处和关键部位,从而采取有效的应对措施,完成对系统架构的优化设计。     

图模型与学习算法结合的贝叶斯网络自动建模

针对纯数据驱动的贝叶斯网络结构学习算法的准确度和效率较低的问题,提出了一种融合多信号流图模型与K2学习算法的贝叶斯网络自动建模方法。该方法利用多信号流图模型能够描述信号之间传递与依赖关系的能力,结合K2学习算法在结构学习中的优势,实现了专家知识与数据驱动方法有效融合的贝叶斯网络结构自动学习算法。通过与常用网络结构学习算法的对比实验证明,该融合算法显著降低了结构学习对学习范围和训练数据规模的要求,具有更高的学习准确度和运算效率。采用真实系统实例阐述了该融合算法的应用过程,验证了算法的实用性。      

一种改进的直方图概率多假设多目标跟踪方法

直方图概率多假设跟踪（H-PMHT）方法及其变形泊松分布直方图概率多假设跟踪（P-HPMHT）方法的一个主要缺点是其量测模型仅考虑了背景杂波而没有考虑传感器噪声,从而导致在低信噪比条件下检测概率较低。针对这一问题,提出了一种带传感器噪声模型的H-PMHT方法,通过将传感器噪声引入量测模型,从而明显提高了对低信噪比目标的跟踪检测能力。该方法的计算量与目标数保持线性关系,仍然适用于目标数目较多的情况。仿真实验表明：该方法在误跟踪比率为1‰,信噪比为6 dB时,检测比率可提升近20%,信噪比为3 dB时,可提升近10%。     

基于布谷鸟搜索算法的一类变体飞行器容错控制

针对一类存在执行机构故障的分布式结构变体飞行器的控制分配问题,结合整数规划理论,提出一种基于布谷鸟搜索算法的容错控制方法。首先,设计虚拟控制指令,使得系统状态能够很好地跟踪参考模型;然后,将执行器概率性故障与饱和约束转换为整数规划问题中决策变量的约束,从而将执行器控制分配问题转化为一类整数规划问题;最后,采用改进的布谷鸟搜索算法进行求解,得到实际的执行器控制分配指令。仿真结果表明,在执行器存在概率性故障的情况下,该容错控制方法较无容错策略的情况能够有效提升系统的跟踪性能;与遗传算法相比,该算法得到的执行器控制分配结果更加精确。     

多操纵面飞机舵面损伤的快速故障诊断

针对多操纵面飞机舵面损伤的快速故障诊断问题,提出一种直接估计舵面偏转量的自适应补偿观测器方法。首先,设计了增广观测器进行系统输入估计,并提出了自适应补偿方法解决其动态跟踪性能差的问题;其次,设计了一种新的自适应阈值以快速检测故障并降低虚警率;最后,利用舵面故障特点,采用重置初值的限定记忆最小二乘方法实现了对突变参数的实时估计,用以进行故障隔离。仿真结果表明:在不同的舵面损伤故障情况下,所提出的观测器方法能在20 ms内发出故障预警,并在0.22 s内确定故障位置,所采用的辨识方法可以在故障报警后的0.2 s内准确估计出损伤程度。     

基于未知输入观测器的非线性动态系统故障估计

针对一类受扰非线性动态系统的执行器故障估计问题,提出一种未知输入观测器来实现故障估计。首先,通过坐标变换将原系统转化为合适的形式;其次,采用线性矩阵不等式与Lyapunov泛函分别设计H_∞输出反馈控制器和未知输入观测器,在此基础上实现对系统中执行器故障的渐近估计;最后,通过机械臂系统仿真分析并验证了所提方法的有效性。与已有方法相比,所提方法不要求故障可导,也不要求故障或干扰上界已知,因此易于在工程实际中实现对非线性系统执行器故障的估计。     

一种航空发动机滚动轴承磨损故障监测技术

针对航空发动机滚动轴承磨损状态监测对长轴尺寸大于10μm的故障敏感磨粒检测的需要,研制了多功能油液磨粒智能检测与诊断系统,克服了传统光谱分析对大磨粒不敏感的缺点,以及传统铁谱分析检测步骤烦琐的不足,可直接对流动的油液中大于10μm的运动磨粒进行检测.提出了油液运动磨粒的7个数字特征参数及其识别策略,实现了磨粒的自动识别,识别率基本上达到99%以上.利用实际的航空发动机油样进行了试验验证,并与传统光谱分析进行了对比,试验结果表明该系统较光谱分析具有更强的检测力和更优的时效性.      

基于Simscape模型的航空发动机系统安全性分析方法

针对航空发动机系统安全性分析中的耦合情况,研究基于Simscape模型的航空发动机耦合故障建模和安全性分析问题。在基于模型的安全性分析(MBSA)故障拓展一般特点的基础上,分析了Simscape环境下进行故障外部拓展和建模语言内部故障拓展两种方式,以建立耦合故障模型。以全权限数字式发动机控制(FADEC)主燃油控制子系统为研究示例,进行独立和耦合故障形式化系统安全性分析。结果表明:航空发动机系统安全分析Simscape模型基于系统设计环境,可直接成为系统设计和安全性分析共同的工具,便于保证设计和安全性分析的一致性;该模型拓展方法和建模语言,从故障数学原理出发,对实际系统不同物理域的组件独立和耦合故障特性具有灵活和定量描述能力;由此拓展的故障模型下的安全性分析具有形式化、直观性和客观性的优势。