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控制系统可靠度分析与优化设计

高仁璟  
【摘要】: 本文分析总结了有关可靠度理论和方法以及遗传算法的基本理论和实现技术等方面的研究成果。研究了控制系统可靠度分析和系统的可靠度、冗余度优化设计问题。探讨了遗传算法在系统可靠度分析与优化中的应用技术。给出了混合串—并联系统和复杂系统的元件可靠度和冗余度的最优分配设计。主要内容包括: 1.总结分析了元器件和系统的失效率分布函数(曲线),分析了系统可靠度的模型和求解技术。结果说明:(1)混合威布尔分布可以很好的模拟系统和元器件的失效率曲线;(2)改进元、部件的可靠度,简化系统结构,可提高系统的可靠度;(3)增加系统或器件的冗余是提高系统可靠度的主要手段;(4)基于可靠度的系统设计,即利用优化手段设计元器件或子系统的可靠度和冗余数,是提高系统可靠度的重要设计方法。 2.分析总结了遗传算法的基本理论和编码技术,针对控制系统可靠度优化问题的特殊性质和要求,提出将整数编码应用于离散变量问题,将二进制和符号编码、二进制和实数编码等混合编码技术应用于元器件可靠度(连续取值)和冗余数(整数,离散值)优化分配这类混合变量的优化问题。 3.将可靠度概念、可靠度分析和优化技术应用到系统设计,建立了基于可靠度的系统优化设计与综合问题的数学提法,同时设计系统的元器件(硬件)和控制软件的可靠度、冗余数或失效冗余度,使系统可靠度最高或成本最低。将遗传算法应用于系统可靠度设计,研究了基于遗传算法的系统可靠度和冗余数最佳分配问题的优化算法。对简单串并联系统在造价和重量约束下的器件选型和器件的冗余个数进行了优化,所得结果与传统方法的结果进行对比分析,说明遗传算法对该类问题是有效的。给出了一复杂系统在造价约束下的可靠度和冗余数的并发优化设计结果。 4.最后给出了工作总结和进一步研究工作的展望。


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