一种基于贝叶斯网络的航空电源系统可靠性建模方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于贝叶斯网络的航空电源系统可靠性建模方法，包括为航空电源系统各元件建立输入输出关系描述表格；对N个子表各行数据，构建对应贝叶斯网络节点；确定所建贝叶斯网络各节点的父节点；为元件Ci在步骤2中的同名贝叶斯网络节点构建同名父节点，在确定所建贝叶斯网络各节点状态基础上确定各节点条件概率分布；为供电汇流条确定目标节点，计算航空电源系统供电可靠度；为各供电汇流条确定对应目标节点，计算航空电源系统供电可靠度。本发明专利技术提高了航空电源系统可靠性计算效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于贝叶斯网络的航空电源系统可靠性建模方法
本专利技术涉及系统工程可靠性评估
，具体涉及一种基于贝叶斯网络的航空电源系统可靠性建模方法。
技术介绍
目前，随飞机朝着多电化和全电化方向发展，传统液压能、气压能和机械能逐步被电能所替代，机载电气电子设备的数量急剧增加，供电对象(即负载)包括救生、飞行控制、除冰、导航等系统，这些负载使得航空电源已发展成为关系飞机飞行安全的关键系统。因此，开展大型航空电源系统可靠性评估对保障飞行安全具有重要意义。目前，航空电源系统集发电环节和配电环节于一体，主要将来自发电机或电瓶等设备的电能传递至飞机各负载。由于机载交直流负载较多，航空电源系统日益发展成为包括发电机、蓄电池、整流器、逆变器、接触器、断路器、继电器、各类汇流条等元件的复杂网络系统。对于该复杂网络系统，目前较为有效的可靠性分析方法是基于各汇流条最小径集的方法(可参考文献“蔡琳，张玲，杨善水，王莉，大型飞机供配电系统可靠性评估与分析”)。但传统基于最小径集的方法涉及到了大量布尔逻辑，首先，随航空电源系统结构复杂度的提高，布尔逻辑不交化运算量将急剧增加，使得可靠性精确计算难以进行下去，因而必须采取一定的近似处理。而近些年发展起来的贝叶斯网络，其算法仅涉及加法和乘法等代数计算，可有效避免布尔运算的不交化运算，因此，将系统最小径集转化为等价贝叶斯网络，然后利用贝叶斯网络推理算法(包括变量消元、团树传播、桶消元等算法)进行复杂系统可靠性分析的方法这些年得到了较多发展。然而，随各汇流条最小径集中元件数目的增多，将最小径集直接转化为等价贝叶斯网络，将存在计算效率低下甚至组合爆炸问题，不借助于网络结构优化算法，贝叶斯网络精确推理算法将无法实施；其次，由于航空电源系统设计直接面对的是航空电源系统结构图，将“航空电源系统结构图—最小径集—等价贝叶斯网络可靠性模型”的传统可靠性建模流程缩减为“航空电源系统结构图—等价贝叶斯网络可靠性模型”，无疑可提高航空电源系统设计效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于贝叶斯网络的航空电源系统可靠性建模方法，以提高航空电源系统可靠性计算效率。为实现上述目的本专利技术采用以下技术方案：一种基于贝叶斯网络的航空电源系统可靠性建模方法，步骤1，为航空电源系统各元件建立输入输出关系描述表格。所述表格的建立方法：统计航空电源系统结构图元件数目N，根据航空电源系统各供电汇流条的供电冗余设置方案，在航空电源系统结构中利用有向线段表示电能流向，进而依据电能流向，对元件i，依据母表格式列写元件i各输出元件的输入元件，1≤i≤N。为描述方便，依据母表，为元件i所建立的表格称作子表i，元件i的名称或编号以符号Ci表示。所述元件i的输出元件，指不经由中间元件，由元件i的输出电能直接供电的元件；对应的，元件i的输入元件指不经由中间元件，为元件i直接提供电能的元件。对航空电源系统结构图中存在m个输入元件和n个输出元件的任意元件i，n个输出元件的电能虽然源于元件i的直接供电，但并不是m个输入元件的电能供给元件i后，均会经由元件i为n个输出元件供电，因此，对于元件i，须为n个输出元件的各元件，根据系统结构图中有向线段表示的电能流向列写经由元件i为各输出元件供电的输入元件，m≥0，n≥0。母表航空电源系统结构图中元件i各输出元件的输入元件列表模板步骤2，对N个子表各行数据，构建对应贝叶斯网络节点。对包含n行数据的子表i，1≤i≤N，所述构建方法分为两种情况：①若n＝1，则建立唯一对应贝叶斯网络节点“Ci”，所述Ci为本专利技术步骤1中子表i对应的元件名称或编号；②若n≥2，为子表i第k行数据建立唯一对应贝叶斯网络节点“Ci-k”，1≤k≤n。节点“Ci-1”、“Ci-2”…“Ci-k”…“Ci-n”称为元件Ci的同名贝叶斯网络节点，简称元件Ci的同名节点。步骤3，确定步骤2所建贝叶斯网络各节点的父节点。为实现步骤2所建节点“Ci-k”或“Ci”的父节点确定，1≤i≤N，1≤k≤n，依据子表i第3列数据是否为空，父节点确定方法分两种情况：①若子表i第k行第3列数据为空，则步骤2所建节点中无节点是“Ci-k”或“Ci”的父节点；②若子表i第k行第3列数据不为空，则对子表i第k行第3列中元件排列{Cik,1、Cik,2…Cik,j…Cik,p}，依次执行以下操作，以确定节点“Ci-k”或“Ci”的父节点：对于元件Cik,j在步骤1中的对应子表i’，1≤j≤p，i)若子表i’仅有1行数据，则步骤2所建节点“Ci’”为节点“Ci-k”或“Ci”的父节点；ii)若子表i’包括多行数据，则对子表i’第2列数据逐行排查，以确认元件Ci所在行，若以符号q表示该所在行，则步骤2所建节点“Ci’-q”为节点“Ci-k”或“Ci”的父节点。所述符号Cik,1、Cik,2…Cik,j…Cik,p表示元件Ci第k个输出元件的第1、2…j…p个输入元件名称或编号；所述p表示子表i第k行第3列中输入元件数目的变量。步骤4，为元件Ci在步骤2中的同名贝叶斯网络节点构建同名父节点，1≤i≤N。对步骤2建立的同名贝叶斯网络节点“Ci-1”、“Ci-2”…“Ci-k”…“Ci-n”，新建共同父节点“Ci”，即绘制n条有向线段分别由节点“Ci”指向节点“Ci-1”、“Ci-2”…“Ci-k”…“Ci-n”。该步骤中所建的节点“Ci”称为节点“Ci-1”、“Ci-2”…“Ci-k”…“Ci-n”的同名父节点。步骤5，在确定所建贝叶斯网络各节点状态基础上确定各节点条件概率分布。依照贝叶斯网络节点类型，贝叶斯网络各节点的状态确定方法如下：①对于根节点“Ci”，其包括正常和故障两种状态；②对于无同名父节点的非根节点“Ci”，其包括正常、故障和无输入电流三种状态；③对于具有同名父节点的非根节点“Ci-k”，其包括正常、故障两种状态。对应三类节点的状态确定方法，所述各节点条件概率分布的确定方法对应分为三种情况：①对于根节点“Ci”，其条件概率分布的确定计算式为：Pr(Ci＝0)＝Ri，Pr(Ci＝1)＝1.0-Ri；②对于无同名父节点的非根节点“Ci”，其条件概率分布的确定计算式为：③对于具有同名父节点的非根节点“Ci-k”，其条件概率分布的确定计算式为：所述Ri指的是元件Ci的可靠度；所述正常、故障和无输入电流等三种状态在条件概率分布中分别用数字“0”、“1”和“2”表示；所述π(Ci)指贝叶斯网络节点Ci的父节点集合；所述π’(Ci-k)指贝叶斯网络节点Ci-k的非同名父节点集合；所述节点的条件概率分布指在贝叶斯网络中，各节点在其父节点集合不同状态组合下的状态条件概率取值，各节点条件概率分布包含的概率参数随其父节点数目呈指数增长；所述根节点指无父节点的节点。步骤6，为供电汇流条确定目标节点，计算航空电源系统供电可靠度。为各供电汇流条确定对应目标节点，计算航空电源系统供电可靠度。具体而言，若元件Ci为供电汇流条，1≤i≤N，则所述目标节点确定方法分为两种情况：①若在已构建的贝叶斯网络中，表示该供电汇流条的节点为叶节点或为无同名父节点的中间节点“Ci”，则以该唯一对应的节点Ci为目标节点；②若在已构建的贝叶斯网络中，表示该供电汇流条的节点包含有同名父节点的中间节点“C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于贝叶斯网络的航空电源系统可靠性建模方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，为航空电源系统各元件建立输入输出关系描述表格；步骤2，对N个子表各行数据，构建对应贝叶斯网络节点；对包含n行数据的子表i，1≤i≤N，所述构建方法分为两种情况：①若n＝1，则建立唯一对应贝叶斯网络节点“Ci”，所述Ci为本专利技术步骤1中子表i对应的元件名称或编号；②若n≥2，为子表i第k行数据建立唯一对应贝叶斯网络节点“Ci‑k”，1≤k≤n，节点“Ci‑1”、“Ci‑2”…“Ci‑k”…“Ci‑n”称为元件Ci的同名贝叶斯网络节点，简称元件Ci的同名节点；步骤3，确定步骤2所建贝叶斯网络各节点的父节点；步骤4，为元件Ci在步骤2中的同名贝叶斯网络节点构建同名父节点，1≤i≤N，对步骤2建立的同名贝叶斯网络节点“Ci‑1”、“Ci‑2”…“Ci‑k”…“Ci‑n”，新建共同父节点“Ci”，即绘制n条有向线段分别由节点“Ci”指向节点“Ci‑1”、“Ci‑2”…“Ci‑k”…“Ci‑n”，该步骤中所建的节点“Ci”称为节点“Ci‑1”、“Ci‑2”…“Ci‑k”…“Ci‑n”的同名父节点；步骤5，在确定所建贝叶斯网络各节点状态基础上确定各节点条件概率分布；步骤6，为供电汇流条确定目标节点，计算航空电源系统供电可靠度；为各供电汇流条确定对应目标节点，计算航空电源系统供电可靠度。...

【技术特征摘要】
1.一种基于贝叶斯网络的航空电源系统可靠性建模方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，为航空电源系统各元件建立输入输出关系描述表格；步骤2，对N个子表各行数据，构建对应贝叶斯网络节点；对包含n行数据的子表i，1≤i≤N，所述构建方法分为两种情况：①若n＝1，则建立唯一对应贝叶斯网络节点“Ci”，所述Ci为本发明步骤1中子表i对应的元件名称或编号；②若n≥2，为子表i第k行数据建立唯一对应贝叶斯网络节点“Ci-k”，1≤k≤n，节点“Ci-1”、“Ci-2”…“Ci-k”…“Ci-n”称为元件Ci的同名贝叶斯网络节点，简称元件Ci的同名节点；步骤3，确定步骤2所建贝叶斯网络各节点的父节点；步骤4，为元件Ci在步骤2中的同名贝叶斯网络节点构建同名父节点，1≤i≤N，对步骤2建立的同名贝叶斯网络节点“Ci-1”、“Ci-2”…“Ci-k”…“Ci-n”，新建共同父节点“Ci”，即绘制n条有向线段分别由节点“Ci”指向节点“Ci-1”、“Ci-2”…“Ci-k”…“Ci-n”，该步骤中所建的节点“Ci”称为节点“Ci-1”、“Ci-2”…“Ci-k”…“Ci-n”的同名父节点；步骤5，在确定所建贝叶斯网络各节点状态基础上确定各节点条件概率分布；步骤6，为供电汇流条确定目标节点，计算航空电源系统供电可靠度；为各供电汇流条确定对应目标节点，计算航空电源系统供电可靠度。2.根据权利要求1所述的一种基于贝叶斯网络的航空电源系统可靠性建模方法，其特征在于，步骤1中表格的建立方法为：统计航空电源系统结构图元件数目N，根据航空电源系统各供电汇流条的供电冗余设置方案，在航空电源系统结构中利用有向线段表示电能流向，进而依据电能流向，对元件i，依据母表格式列写元件i各输出元件的输入元件，1≤i≤N，为描述方便，依据母表，为元件i所建立的表格称作子表i，元件i的名称或编号以符号Ci表示；所述元件i的输出元件，指不经由中间元件，由元件i的输出电能直接供电的元件；对应的，元件i的输入元件指不经由中间元件，为元件i直接提供电能的元件，对航空电源系统结构图中存在m个输入元件和n个输出元件的任意元件i，n个输出元件的电能虽然源于元件i的直接供电，但并不是m个输入元件的电能供给元件i后，均会经由元件i为n个输出元件供电，因此，对于元件i，须为n个输出元件的各元件，根据系统结构图中有向线段表示的电能流向列写经由元件i为各输出元件供电的输入元件，m≥0，n≥0；母表航空电源系统结构图中元件i各输出元件的输入元件列表模板3.根据权利要求2所述的一种基于贝叶斯网络的航空电源系统可靠性建模方法，其特征在于，步骤3中为实现步骤2所建节点“Ci-k”或“Ci”的父节点确定，1≤i≤N，1≤k≤n，依据子表i第3列数据是否为空，父节点确定方法分两种情况：1)、若子表i第k行第3列数据为空，则步骤2所建节点中无节点是“Ci-k”或“Ci”的父节点；2)、若子表i第k行第3列数据不为空，则对...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑶，董翔宇，苗志鸿，杨明顺，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61