隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,航天系統(tǒng)越來越朝著復(fù)雜化發(fā)展,絕大多數(shù)的航天系統(tǒng),例如衛(wèi)星或者航天器等,在運(yùn)行過程中存在明顯的階段性特征,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能等隨著時間而不斷地發(fā)生改變,這類系統(tǒng)被稱為多階段任務(wù)系統(tǒng)(Phased Mission System,PMS)。相較于傳統(tǒng)的單階段任務(wù)系統(tǒng)可靠性建模,PMS可靠性建模需要考慮階段之間的相關(guān)性,因此更為復(fù)雜,同時也可以對系統(tǒng)可靠度進(jìn)行更加精確的評估。目前,隨著航天事業(yè)的不斷發(fā)展,PMS可靠性的研究逐漸成為了可靠性研究的熱點(diǎn)之一。但是目前在PMS可靠性建模與優(yōu)化研究中,存在著一個較大的問題,即在PMS建模與優(yōu)化研究中,絕大多數(shù)的研究都假設(shè)系統(tǒng)中的元件服從指數(shù)分布,從而利用Markov鏈等方法對PMS中的動態(tài)行為進(jìn)行建模,但是這一假設(shè)不符合大多數(shù)的工程實(shí)際。針對這一問題,本文對系統(tǒng)中元件服從非指數(shù)分布的復(fù)雜PMS可靠性建模與優(yōu)化方法進(jìn)行研究,主要內(nèi)容和成果如下:(1)有限維修下的多階段任務(wù)系統(tǒng)可靠性建模方法研究針對航天PMS中存在著冷備份及有限維修的動態(tài)行為,元件失效/維修時間服從非指數(shù)分布,難以用傳統(tǒng)的Markov過程進(jìn)行建模的情況,提出應(yīng)用半馬爾科夫過程(Semi-Markov Process,SMP)來對系統(tǒng)的動態(tài)行為進(jìn)行建模,應(yīng)用模塊化方法減小系統(tǒng)模型的規(guī)模,降低建模的復(fù)雜程度。同時應(yīng)用數(shù)值近似算法對SMP模型中出現(xiàn)的復(fù)雜積分進(jìn)行高精度近似計算,并將該方法與蒙特卡洛仿真算法進(jìn)行對比分析,說明了該方法具有較高的計算精度與計算效率。實(shí)現(xiàn)對有限維修下的非指數(shù)多階段任務(wù)系統(tǒng)的可靠性建模。(2)考慮隨機(jī)沖擊失效的多階段任務(wù)系統(tǒng)可靠性建模方法研究絕大多數(shù)的航天PMS,例如衛(wèi)星/航天器等,長期工作于環(huán)境惡劣的外太空,隨機(jī)出現(xiàn)的宇宙射線所攜帶的高能帶電粒子、重粒子等會對各種電子元器件造成嚴(yán)重影響,導(dǎo)致元件加速退化甚至直接失效,針對這些隨機(jī)沖擊的影響,提出應(yīng)用馬爾科夫更新過程(Markov Regenerative Process,MRGP)對沖擊影響下的動態(tài)PMS進(jìn)行建模。考慮隨機(jī)沖擊造成的總劑量效應(yīng)與單粒子效應(yīng)等影響,通過引入元件的隨機(jī)沖擊模型,利用近似計算的方法來得到?jīng)_擊影響下的元件失效分布函數(shù),然后將元件的隨機(jī)沖擊模型嵌入系統(tǒng)MRGP模型中,得到?jīng)_擊影響下的動態(tài)系統(tǒng)模型。最終,通過數(shù)值近似計算與MC仿真方法驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)對隨機(jī)沖擊影響下的多階段任務(wù)動態(tài)系統(tǒng)的可靠性建模,并對隨機(jī)沖擊的參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析。(3)多態(tài)多階段任務(wù)系統(tǒng)可靠性建模與評估方法研究針對不可修PMS中的元件存在多態(tài)的特性,即元件在正常工作與完全失效之外還存在著多種中間狀態(tài),本論文提出多態(tài)元件的階段代數(shù)與PMS-MMDD模型,通過應(yīng)用階段代數(shù),對傳統(tǒng)的MMDD邏輯運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行改進(jìn),得到多態(tài)元件階段依賴性運(yùn)算規(guī)則。通過對比分析,相較于傳統(tǒng)的MMDD模型與PMS-BDD模型,PMS-MMDD模型對不可修多態(tài)PMS的建模更加高效。同時,考慮多態(tài)元件的狀態(tài)轉(zhuǎn)移時間服從非指數(shù)分布的情況,提出一種基于Markov更新方程的不交和路徑概率評估方法,并應(yīng)用迭代數(shù)值方法進(jìn)行高精度計算分析,實(shí)現(xiàn)對不可修多態(tài)多階段任務(wù)系統(tǒng)的可靠性建模與評估,并與MC仿真方法進(jìn)行對比分析。(4)混合備份下的多階段任務(wù)系統(tǒng)可靠性優(yōu)化提出混合備份下的PMS冗余優(yōu)化方法。在航天系統(tǒng)中,為了保證較高的可靠性,經(jīng)常采用大量冗余備份,而現(xiàn)有的PMS冗余優(yōu)化方法研究中,只對冷備份或者熱備份的單一冗余備份方式進(jìn)行優(yōu)化分析,而忽略了混合備份的策略。針對這一問題,在本文的研究中,綜合考慮三種備份策略,應(yīng)用SMP與模塊化方法,建立混合備份下的PMS優(yōu)化模型,同時對元件的類型、備份數(shù)量以及備份方式進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)對混合備份下的PMS的可靠性優(yōu)化。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB114.3;V57
【部分圖文】：

圖 2-5 某型衛(wèi)星收攏狀態(tài)示意圖圖 2-6 衛(wèi)星姿軌控系統(tǒng)工作流程圖表 2-3 衛(wèi)星姿軌控系統(tǒng)中元件的參數(shù)元件 （/天）A\B 2 500AG 2 300C\D\E\F 1.5 1000EG 2 300G 1.5 1000分析姿態(tài)角與高度等數(shù)據(jù)控制子系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸 指令傳
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2858979