一种基于故障混杂模型的机电系统故障传播分析方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于故障混杂模型的机电系统故障传播分析方法，属于可靠性工程技术领域，解决了现有技术中无法描述机电系统结构性和非结构性故障混杂传播的问题。所述方法包括以下步骤：将机电系统按照功能分为若干功能模块；建立各功能模块的故障混杂模型；根据各功能模块的故障混杂模型，得到相应的功能模块故障混杂模型传递函数；根据机电系统的输入信号、各功能模块故障混杂模型传递函数得到机电系统故障混杂模型输出信号，实现基于故障混杂模型的机电系统故障混杂传播。

【技术实现步骤摘要】
一种基于故障混杂模型的机电系统故障传播分析方法
本专利技术涉及可靠性工程
，尤其涉及一种基于故障混杂模型的机电系统故障传播分析方法。
技术介绍
机电系统是一个由相互关联，相互作用，相互影响的电路模块和机械模块组织而形成的系统，在实际生活中有着广泛的应用。机电系统在运行中故障的发生较为常见，其故障具有混杂特性，包含结构性故障和非结构性故障，其中结构性故障指由功能模块中电子器件故障引起的电路拓扑结构改变，非结构性故障指功能模块中电子器件退化或参数漂移导致的电性能信号变化。在系统运行过程中，两种故障混杂传播导致其功能失效。近年来，国内外学者多致力于对结构性故障传播的研究，忽略了系统运行时非结构性故障对系统的影响。目前关于故障传播的方法有基于图论、基于petri网、基于复杂网络、和定性推理方法，但其无法描述故障的混杂传播过程。或是将机电系统视为混杂系统，建立层次结构模型或混杂自动机模型等，实现系统的紧急控制，但无法描故障的传播过程。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种基于故障混杂模型的机电系统故障传播分析方法，用以解决现有技术中无法描述机电系统结构性和非结构性故障混杂传播的问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种基于故障混杂模型的机电系统故障传播分析方法，所述方法包括以下步骤：将机电系统按照功能分为若干功能模块；建立各功能模块的故障混杂模型；根据各功能模块的故障混杂模型，得到相应的功能模块故障混杂模型传递函数；根据机电系统的输入信号、各功能模块故障混杂模型传递函数得到机电系统故障混杂模型输出信号，实现机电系统故障的混杂传播。本专利技术有益效果如下：本实施例提供的基于故障混杂模型的机电系统故障传播分析方法，通过确定系统结构组成，划分功能模块，建立各功能模块的故障混杂模型，该故障混杂模型包含了机电系统结构性和非结构性故障，解决了现有技术中无法描述机电系统结构性和非结构性故障混杂传播的问题。进一步，所述功能模块的故障混杂模型分为离散层、连续层和交互层；所述离散层用于表示功能模块发生结构性故障后对应的电路拓扑结构；所述连续层用于表示功能模块发生非结构性故障后对应的功能模块电子器件参数变化；所述交互层用于表示功能模块由离散层和连续层共同作用得到的故障混杂模型结果。采用上述进一步方案的有益效果是：通过对功能模块的故障混杂模型进行分层，对功能模块的结构性故障和非结构性故障分别进行分析，最终在交互层得到离散层和连续层共同作用得到的故障混杂模型结果，思路清晰，便于实现。进一步，所述结构性故障，指由功能模块中电子器件故障引起的电路拓扑结构改变；所述非结构性故障，指功能模块中电子器件退化或参数漂移导致的电性能信号变化。采用上述进一步方案的有益效果是：通过明确结构性故障和非结构性故障的具体内容，方便相关人员对两种故障进行分析，有利于得到更加准确的分析结果。进一步，建立各功能模块的故障混杂模型，包括：定义功能模块中电子器件发生结构性故障为离散事件，分析各功能模块中电子器件发生结构性故障的情况，得到n个离散事件；确定在每个离散事件中，故障混杂模型离散层的电路拓扑结构，建立相应的结构性故障下的电路状态方程；分析所述结构性故障电路状态方程中涉及到的电子器件，在故障混杂模型连续层中得到所涉及电子器件的参数变化函数；将离散层建立的结构性故障电路状态方程和相应的连续层所涉及电子器件的参数变化函数，分别输入到故障混杂模型的交互层；在交互层中，用电子器件参数变化函数代替结构性故障电路状态方程中的相应的电子器件参数值，得到故障混杂模型结果。采用上述进一步方案的有益效果是：通过给出建立故障混杂模型的具体方法，明确了故障混杂模型的建立过程，便于相关技术人员按照本申请提供的方法建立故障混杂模型并得到故障混杂模型结果。进一步，对各功能模块的故障混杂模型结果进行拉普拉斯变换，得到相应的功能模块故障混杂模型传递函数。采用上述进一步方案的有益效果是：在各功能模块的故障混杂模型结果的基础上，通过拉普拉斯变换，得到相应功能模块故障混杂模型传递函数。通过传递函数的变化，包括结构性故障造成的传递函数结构改变，和非结构性故障造成的传递函数参数变化，可以定量的描述系统运行中故障的不断演变。进一步，分析各功能模块正常工作时的电路拓扑结构，建立相应的电路状态方程，经拉普拉斯变换得到相应功能模块正常传递函数。采用上述进一步方案的有益效果是：在分析基于故障混杂模型的机电系统故障混杂传播方法过程中，存在部分功能模块正常工作的情况，通过考虑功能模块正常工作时的传递函数，更加扩展本申请基于故障混杂模型的机电系统故障混杂传播方法的适用范围。进一步，机电系统中的u个功能模块之间的输入输出关系为：机电系统故障混杂模型的输入信号其中1≤i、m≤u，Cm′(t-1)表示故障混杂情况下第m个功能模块在t-1时刻的输出信号；eim表示第i个功能模块和第m个功能模块之间的连接关系：Cr′(t)表示故障混杂情况下第r个功能模块在t时刻的输出信号；n表示机电系统的各个功能模块中离散事件个数；lrj表示第r个功能电路中第j个离散事件是否发生，lrj＝0表示第r个功能模块中第j个离散事件不发生，lrj＝1表示第r个功能电路中第j个离散事件发生，Grj表示第r个功能模块中第j个离散事件对应的故障混杂模型传递函数。l1,l2,···,lu分别表示第1,2,···,u个功能模块是否正常工作，G1,G2,···,Gu分别表示1,2,···,u个功能模块正常工作时的传递函数。采用上述进一步方案的有益效果是：通过明确各功能模块之间的输入输出关系，能够得到机电系统整体的定量表达结果，并定量分析包含结构性故障和非结构性故障在内的整个机电系统中故障情况。进一步，在机电系统中u个功能模块之间的输入输出关系中，对于每一路的输入输出关系，lr1,lr2,···,lrn,lr中有且只有一个值为1，其余值为0。采用上述进一步方案的有益效果是：分析机电系统中各个模块的工作情况，实际机电系统运行过程中，只能存在正常或者1种离散时间形式，所以lr1,lr2,···,lru中有且只有一个值为1，其余值为0。进一步，根据机电系统u个功能模块之间的输入输出关系用矩阵表示如下：机电系统t时刻的故障输出矩阵：C′(t)＝[C1′(t),C2′(t)，···,Cu′(t)]T(2)机电系统t时刻的故障输入矩阵：R′(t)＝[R1′(t),R2′(t)，···,Ru′(t)]T(3)离散事件发生矩阵：机电系统故障传递函数：机电系统u个功能模块之间的输入输出矩阵关系：C′(t)＝L(t)G(t)TR′(t)(6)采用上述进一步方案的有益效果是：通过建立机电系统u个功能模块之间的输入输出矩阵，相关技术人员可直接将相关函数、系数填入相应的矩阵中，通过计算即可得到u个功能模块的输出矩阵C′(t)，充分利用矩阵强大的计算能力，节省计算时间，同时得到更为准确的故障混杂分析结果。进一步，根据机电系统功能模块的连接关系，确定第i个功能模块为机电系统输出模块，则机电系统的故障混杂模型输出信号为C′(t)矩阵中的元素Ci′(t)，实现基于故障混杂模型的故障混杂传播。采用上述进一步方案的有益效果是：利用本申请所述方法能够得到机电系统的故障混杂传递函数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于故障混杂模型的机电系统故障传播分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将机电系统按照功能分为若干功能模块；建立各功能模块的故障混杂模型；根据各功能模块的故障混杂模型，得到相应的功能模块故障混杂模型传递函数；根据机电系统的输入信号、各功能模块故障混杂模型传递函数得到机电系统故障混杂模型输出信号，实现基于故障混杂模型的故障混杂传播。

【技术特征摘要】
1.一种基于故障混杂模型的机电系统故障传播分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将机电系统按照功能分为若干功能模块；建立各功能模块的故障混杂模型；根据各功能模块的故障混杂模型，得到相应的功能模块故障混杂模型传递函数；根据机电系统的输入信号、各功能模块故障混杂模型传递函数得到机电系统故障混杂模型输出信号，实现基于故障混杂模型的故障混杂传播。2.根据权利要求1所述的基于故障混杂模型的机电系统故障传播分析方法，其特征在于，所述功能模块的故障混杂模型分为离散层、连续层和交互层；所述离散层用于表示功能模块发生结构性故障后对应的电路拓扑结构；所述连续层用于表示功能模块发生非结构性故障后对应的功能模块中电子器件参数变化；所述交互层用于表示功能模块由离散层和连续层共同作用得到的故障混杂模型结果。3.根据权利要求2所述的基于故障混杂模型的机电系统故障传播分析方法，其特征在于，所述结构性故障，指由功能模块中电子器件故障引起的电路拓扑结构改变；所述非结构性故障，指功能模块中电子器件退化或参数漂移导致的电性能信号变化。4.根据权利要求3所述的基于故障混杂模型的机电系统故障传播分析方法，其特征在于，建立各功能模块的故障混杂模型，包括：定义功能模块中电子器件发生结构性故障为离散事件，分析各功能模块中电子器件发生结构性故障的情况，得到n个离散事件；确定在每个离散事件中，故障混杂模型离散层的电路拓扑结构，建立相应的结构性故障下的电路状态方程；分析所述结构性故障电路状态方程中涉及到的电子器件，在故障混杂模型连续层中得到所涉及电子器件的参数变化函数；将离散层建立的结构性故障电路状态方程和相应的连续层所涉及的电子器件的参数变化函数，分别输入到故障混杂模型的交互层；在交互层中，用电子器件参数变化函数代替结构性故障电路状态方程中的相应的电子器件参数值，得到故障混杂模型结果。5.根据权利要求4所述的基于故障混杂模型的机电系统故障混杂传播方法，其特征在于，对各功能模块的故障混杂模型结果进行拉普拉斯变换，得到相应的功能模块故障混杂模型传递函数。6.根据权利要求1所述的基于故障混杂模型的机电系统故障传播分析方法，其特征在于，分析各功能模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵广燕，常莉莉，孙宇锋，胡薇薇，杨昀澄，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11