【摘要】： 機內(nèi)測試(Built-in Test, BIT)虛警率高和部件故障預(yù)測難一直是故障測試與診斷領(lǐng)域所面臨的兩個共性問題,阻礙著BIT及故障預(yù)測系統(tǒng)效能的充分發(fā)揮和更廣泛的應(yīng)用。尤其是近年來,故障預(yù)測與健康管理(Prognostics and Health Management, PHM)等新概念的提出對如何降低BIT虛警率、提高部件的故障預(yù)測能力提出了更高的要求。 時間應(yīng)力是指設(shè)備在生產(chǎn)、運輸和工作過程中所承受的各種環(huán)境應(yīng)力和工作應(yīng)力的時間歷程。研究表明：實時應(yīng)力是導(dǎo)致系統(tǒng)暫時失效進而造成BIT虛警的重要因素,時間應(yīng)力歷程是導(dǎo)致部件性能退化甚至失效的直接外因,對時間應(yīng)力進行分析可以有效減少BIT虛警和實現(xiàn)部件的故障預(yù)測。 本文針對目前BIT虛警率高和部件故障預(yù)測難的問題,系統(tǒng)地分析時間應(yīng)力誘發(fā)故障和BIT虛警的機理與規(guī)律,對基于時間應(yīng)力分析的BIT降虛警技術(shù)和故障預(yù)測技術(shù)進行深入研究。 論文的主要研究內(nèi)容包括： 1.時間應(yīng)力誘發(fā)故障和BIT虛警的機理分析與建模 系統(tǒng)地分析了時間應(yīng)力誘發(fā)故障和BIT虛警的機理和一般規(guī)律；建立了基于支持向量機(Support Vector Machine, SVM)的時間應(yīng)力與BIT虛警的關(guān)聯(lián)模型,描述了時間應(yīng)力大小與BIT虛警的關(guān)聯(lián)關(guān)系。建立了基于隨機Petri網(wǎng)的時間應(yīng)力與損傷關(guān)系的動態(tài)描述模型,獲得時間應(yīng)力歷程與損傷問的轉(zhuǎn)化關(guān)系。建立了基于損傷的故障演化隱馬爾可夫模型(Hidden Markov Model, HMM),描述了損傷與故障間的演化關(guān)系。 2.基于時間應(yīng)力分析的BIT降虛警技術(shù)研究 (1)提出了基于故障模式、影響及應(yīng)力分析(Failure Mode, Effects and Stress Analysis, FMESA)和多元Logistic回歸的關(guān)聯(lián)分析方法,從定性和定量兩個角度分析導(dǎo)致BIT虛警的主要時間應(yīng)力因素和相應(yīng)的影響程度。針對時間應(yīng)力導(dǎo)致BIT虛警的主要應(yīng)力區(qū)域確定的問題,提出了基于SVM的關(guān)聯(lián)閾值優(yōu)化選取方法,獲得了時間應(yīng)力導(dǎo)致BIT虛警的時間應(yīng)力上下限閾值。 (2)提出了基于時間應(yīng)力分析的SVM虛警識別方法,能有效識別關(guān)聯(lián)區(qū)域內(nèi)由時間應(yīng)力造成的虛警。由于該方法不能有效識別關(guān)聯(lián)區(qū)域內(nèi)的真實故障和關(guān)聯(lián)區(qū)域外的虛警,分別提出了基于時間應(yīng)力分析的SVM-HMM虛警識別方法和基于核主元聚類分析(Kernel Based Principal Component Clustering Analysis, KPCCA)模型和HMM串聯(lián)的虛警識別方法。最后,綜合上述三種情形,提出了基于時間應(yīng)力分析的SVM-KPCCA-HMM綜合虛警識別方法,可在時間應(yīng)力的全區(qū)域內(nèi)有效識別BIT虛警和真實故障。 3.基于時間應(yīng)力分析的故障預(yù)測技術(shù)研究 (1)針對如何將部件所承受的應(yīng)力歷程轉(zhuǎn)化為損傷的問題,以被監(jiān)控對象的失效物理模型為基礎(chǔ),提出了基于多組件壽命消耗監(jiān)控(Multi-component Life Consumption Monitoring, MLCM)的累積損傷信息提取方法,并以典型的連接組件和分離組件為對象對該方法的技術(shù)步驟進行了具體研究,結(jié)果表明,該方法可有效地將部件所承受的應(yīng)力歷程轉(zhuǎn)化為部件的累積損傷度量。 (2)綜合考慮歷史變化趨勢和應(yīng)力突變的影響,提出了基于多點損傷動態(tài)優(yōu)化自回歸(Auto-Regression, AR)模型的故障預(yù)測方法。由于累積損傷分析和計算等過程中存在不確定性和隨機性,為進一步提高組件故障預(yù)測的準確性,提出了基于優(yōu)化AR-HMM的故障預(yù)測方法。驗證結(jié)果表明,該方法具有較高的預(yù)測置信度。 4.基于時間應(yīng)力分析的BIT降虛警和故障預(yù)測技術(shù)的應(yīng)用與驗證 以某直升機航向姿態(tài)系統(tǒng)為對象,設(shè)計并實現(xiàn)了具有BIT虛警識別能力和關(guān)鍵部件故障預(yù)測能力的PHM系統(tǒng),并通過理論分析和試驗對本文所研究的虛警識別方法和故障預(yù)測方法進行了驗證。結(jié)果表明,本文所研究方法具有較好的虛警識別和故障預(yù)測效果。
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TH165.3

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本文編號：2796844