基于分组的k/n[G]表决系统功率控制单元可靠性设计方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于分组的k/n[G]表决系统功率控制单元可靠性设计方法，具体过程为：确定影响表决器可靠度变化的因素为硬件初始失效率及表决次数，设计功率控制单元可靠度R

Reliability design method of power control unit in K / n [g] voting system based on grouping

【技术实现步骤摘要】
基于分组的k/n[G]表决系统功率控制单元可靠性设计方法
本专利技术属于表决系统可靠性设计
，具体涉及一种基于分组的k/n[G]表决系统功率控制单元可靠性设计方法。
技术介绍
功率控制单元具备短路保护、过流保护、I2t反时限保护等功能，能实现电压、电流、温度以及反映设备工作状态的参数测量，并能实现短路、开路、过温等故障的检测。其核心是固态功率控制器(Solid-StatePowerController，简称SSPC)，也称为配电通道，如图1所示。为满足多个不同功率负载的需求，在实际应用中，功率控制单元通常由多块功率控制板卡构成，且每块板卡上配置若干个配电通道，如图1所示。k/n[G]表决系统，即要求当组成系统的n个组件中有k个及k个以上完好时，系统才能正常工作，如图2所示。分组的k/n[G]表决系统即根据各部分对k取值的不同要求将整个系统分成若干个表决系统，每个表决系统均按照k/n[G]表决系统的方法进行设计。在当前的研究中，绝大部分文献都假设k/n[G]表决系统表决器可靠度为1。在功率控制单元的设计问题上，目前常用的是一备一热备冗余设计。一备一热备冗余设计一般分为“先串后并”和“先并后串”两种情形，如图3和图4所示。关于二者的可靠度计算方法有许多成熟结果，且已得出“先并后串”情形的可靠度比“先串后并”情形的可靠度高的结论。当前基于一备一热备冗余设计的表决系统所需SSPC数量多，设计成本高，同时，板卡空间体积也会对这种设计造成较大限制，不适用于小型化设计。
技术实现思路
有鉴于此，针对基于一备一热备冗余设计的表决系统所需SSPC数量多，设计成本高的问题，本专利技术提供一种基于分组的k/n[G]表决系统功率控制单元可靠性设计方法，利用该方法所设计的功率控制单元能够满足要求的可靠度。实现本专利技术的技术方案如下：一种基于分组的k/n[G]表决系统功率控制单元可靠性设计方法，具体过程为：确定影响表决器可靠度变化的因素为硬件初始失效率及表决次数，设计功率控制单元可靠度Rs如式(3)所示：其中，l表示功率控制单元所含表决系统总数，ki表示第i个表决系统的参数k取值，ni表示第i个表决系统的参数n取值，且λv(x)表示表决器硬件的失效率，x表示表决次数，m表示热备冗余的串联个数；根据功率控制单元可靠度Rs，设计表决系统。进一步地，本专利技术所述表决器的失效率λv(x)与表决次数x之间的关系为λv(x)＝λ0+0.001xP(x＝a)，λ0表示表决器的初始失效率，λ表示单个SSPC的失效率，a＝0,1,2,…。当给定所期待的功率控制单元可靠度时，可以在单个SSPC失效率λ给定时作表决器初始失效率λ0随表决系统参数k及n取值变化的图像，得到关系映射表，并分析三者关系。进一步地，本专利技术当单个SSPC的失效率及所需的功率控制单元可靠度Rs确定时，根据公式(3)设计表决系统参数k、n以及表决器初始失效率下限。进一步地，本专利技术当单元SSPC数量下限参数k及所需的功率控制单元可靠度Rs确定时，根据公式(3)设计表决系统参数n、SSPC失效率λ及表决器初始失效率下限。有益效果本专利技术基于分组的k/n[G]表决系统功率控制单元可靠性设计方法，考虑了表决器不完全可靠情形下系统可靠度的计算方法，并在计算中考虑了因表决次数而引起的冲击对表决器可靠性产生的影响，给出了当表决器不完全可靠时单个SSPC失效率、所需表决系统参数k、n与表决器初始失效率下限之间的关系，利用该关系所设计的表决器能够满足功率控制单元可靠度的要求。附图说明图1为功率控制板卡配置示意图；图2为k/n[G]表决系统示意图；图3为“先串后并”示意图；图4为“先并后串”示意图；图5为SSPC失效率确定时参数k、n及表决器初始失效率下限关系示意图；图6为SSPC失效率确定时参数k、n及表决器初始失效率下限关系三维图；图7为参数k确定时SSPC失效率、参数n及表决器初始失效率下限关系示意图；图8为参数k确定时SSPC失效率、参数n及表决器初始失效率下限关系三维图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。本专利技术的设计思想为：本专利技术考虑的是表决器不完全可靠的情形，将表决器的可靠度变化分为由硬件初始失效率引起的变化及由表决次数增加引起的可靠度变化进行分析。本专利技术提出的一种基于分组的k/n[G]表决系统可靠性设计方法，具体过程为：确定单个SSPC可靠度：本专利技术所讨论的可靠度均假设所用SSPC服从相同指数分布，则单个SSPC的可靠度R0可表示为：R0＝R0(t)＝e-λt(1)式(1)中，λ表示单个SSPC的失效率，t表示工作时间，单位是小时。传统的功率控制单元的可靠度确定基于一备一热备冗余设计：基于一备一热备冗余的功率控制单元可靠度Rs.h可表示为：Rs.h＝Rs.h(t)＝(2e-λt-e-2λt)m(2)式(2)中，m表示热备冗余的串联个数。对于基于分组的k/n[G]表决系统设计，确定当表决器不完全可靠时的表决器可靠度，即表决器的可靠度不为1，假设表决器可靠度服从指数分布：在表决器可靠度为Rv＜1时，功率控制单元的可靠度Rs可表示为：式(3)中，l表示功率控制单元所含表决系统总数，ki表示第i个表决系统的参数k取值，ni表示第i个表决系统的参数n取值，且λv(x)表示表决器的失效率，x表示表决次数，m表示热备冗余的串联个数。设表决器的失效率λv(x)与表决次数x间的关系为λv(x)＝λ0+0.001xP(x＝a)，其中，λ0表示表决器的初始失效率。再假设SSPC的故障发生次数服从参数为λ的泊松分布，即其中λ与单个SSPC失效率定义相同，a＝0,1,2,…。则可由公式(3)计算功率控制单元可靠度Rs、表决器初始失效率λ0、表决系统参数k和n之间的关系。本专利技术实施例基于所要求达到的可靠度，通过表决器不完全可靠时表决系统可靠度的计算方法，给出表决器初始失效率的计算方法，可以设计出满足需求的表决器。本专利技术实施例还可以通过求数值解的方法，逐步精细化步长的取值来求表决器的初始失效率上界。本专利技术可以实现的功能及相应条件：功能1：由公式(1)—(3)可知，当给定所期待的功率控制单元可靠度(本专利技术取为一备一热备冗余设计，即Rs(t)＝Rs.h(t))时，可以在单个SSPC失效率λ给定时作表决器初始失效率λ0随表决系统参数k及n取值变化的图像，得到关系映射表，并分析三者关系。功能2：同功能1思路，可以在当表决系统参数k取定时作表决器初始失效率λ0与表决系统参数n取值及单个SSPC失效率λ的图像，得到关系映射表，并分析三者关系。功本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分组的k/n[G]表决系统功率控制单元可靠性设计方法，其特征在于，具体过程为：/n确定影响表决器可靠度变化的因素为硬件初始失效率及表决次数，设计功率控制单元可靠度R

【技术特征摘要】
1.一种基于分组的k/n[G]表决系统功率控制单元可靠性设计方法，其特征在于，具体过程为：
确定影响表决器可靠度变化的因素为硬件初始失效率及表决次数，设计功率控制单元可靠度Rs如式(3)所示：



其中，l表示功率控制单元所含表决系统总数，ki表示第i个表决系统的参数k取值，ni表示第i个表决系统的参数n取值，λv(x)表示表决器硬件的失效率，x表示表决次数，m表示热备冗余的串联个数；
根据功率控制单元可靠度Rs，设计表决系统。


2.根据权利要求1所述基于分组的k/n[G]表决系统功率控制单元可靠性设计方法，其特征在于，所述表决器的失效率λv(x)与表决次数x之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐厚宝，康闻达，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11