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考虑性能退化的动量轮可靠性建模研究

黄明  
【摘要】:动量轮是典型的具有小样本、高可靠、长寿命等特征的机电耦合产品,广泛应用于卫星的姿态控制系统中。动量轮的失效机理复杂、工作环境恶劣、工作应力多变,难以通过大量的失效数据对其进行可靠性评估。但是,通过测量产品某项性能指标随时间的变化情况可以得到产品的一组或多组性能退化数据,该数据中蕴藏着产品丰富的可靠性信息,且便于收集,能够很好地反应产品的失效机理,是现阶段研究高可靠、长寿命产品可靠性的有效手段之一。因此,本文采用基于性能退化数据的可靠性建模方法对动量轮可靠性进行研究,其主要研究内容如下:(1)考虑多元性能指标的可靠性建模研究。首先通过Wiener随机过程对产品的单个性能退化指标进行可靠性建模,随后考虑多元性能指标的可靠性建模研究,以此建立产品的多元性能退化模型,并通过模型比较准则对Copula函数进行适用性研究,最后将所建的多元相关模型与独立模型进行对比,完成对动量轮可靠度的评估。(2)考虑个体差异性的可靠性建模研究。针对不同产品间存在着个体差异性问题,将随机过程模型中的某一参数假设为服从某一随机分布,以此建立考虑个体差异的Wiener过程模型和Gamma过程模型,分别利用EM算法和Bayes理论进行参数估计,最后利用所建模型对动量轮进行可靠性评估。(3)考虑外部冲击与内部退化的可靠性建模研究。考虑突发失效与退化失效存在着相互关联这一工程实际,对同时存在外部冲击与内部退化时的动量轮可靠性建模方法进行研究。引入有效冲击阈值概念,假定外部冲击服从泊松分布,利用不同的冲击模型建立退化失效与突发失效之间的相关竞争故障模型,最后通过算例分析对各模型进行验证。


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