基于粒子受力状态和跨尺度相似性的元件退化量估计方法技术

本发明专利技术涉及一种基于粒子受力状态和跨尺度相似性的元件退化量估计方法，属于电子元器件退化量估计技术领域，解决了现有技术中对元件退化量估计不准确导致的硬件资源浪费，元件所在产品无法稳定正常工作，线路调试难度大，耗时长，元件所在产品燃烧与爆炸，危害工人健康与安全的问题。本发明专利技术构建微观粒子的受力状态模型和运动状态模型，并根据微观粒子和元件之间的跨尺度相似性，构建元件的受力状态模型和运动状态模型，从三种不同的角度构建了宏观元件退化的主控方程，并充分考虑了元件的实际退化阻尼情况，对多种元件进行退化量估计，泛用性强，准确度高，使得元件所在产品稳定工作，确保元件所在产品与工人安全，同时避免硬件资源浪费。源浪费。源浪费。

【技术实现步骤摘要】
基于粒子受力状态和跨尺度相似性的元件退化量估计方法


[0001]本专利技术涉及电气产品或机电产品中元件的退化量估计
，具体涉及一种基于粒子受力状态和跨尺度相似性的元件退化量估计方法。

技术介绍

[0002]电气产品或机电产品中的元件的退化失效是工程实践中的常见问题，易造成产品无法稳定正常工作，电路调试、排查退化失效元件的难度大，耗时长，影响产品再次投入正常工作；某些元件的退化失效，甚至还会造成产品燃烧与爆炸，危害工人健康与安全。元件退化量估计，是对元件的退化现象构建数学模型，从而发现元件退化规律的一种方法，对估计退化量超过安全阈值的元件进行及时更换，可以有效避免上述问题。
[0003]在建模的过程中，通常分为数据驱动、模型驱动和物理机理驱动的方法。基于数据驱动的退化建模的主要思想是，根据所获得的退化数据建立回归模型，使用线性或非线性回归的方式拟合退化数据。此种建模方法，只是从数据出发构建退化回归模型，忽略了元件的退化机理。而基于模型驱动的建模方法，是从退化率模型和随机过程模型出发，构建元件的退化模型。这种建模方法可以在一定程度上解释元件在不同应力类型和应力水平下的退化现象，但是仍然与退化机理产生了一定程度的脱离。进一步地，对于基于物理机理驱动的模型来说，其主要思想是基于元件的具体退化机理，从还原论的角度采用多学科知识，构建元件的退化模型。这种方法充分考虑了具体元件在不同条件下的退化机理，可以发现较为准确的退化规律。但是仍然存在两个缺陷，一是当元件复杂时，这种构建退化模型的方式显得不切实际，基本无法应用，同时也会引入很多假设和简化，对建模的准确性造成影响；二是这种建模方法具有特异性，即会随着不同的元件、不同的应力环境，产生不同的退化机理，从而不具有共性特征。根据上述现有退化建模方法构建的退化模型，存在对元件退化量估计不准确的情况。
[0004]综上，现有技术中存在对元件的退化建模准确度、合理性与应用性不足、对元件退化量估计不准确导致的过早更换元件造成硬件资源浪费，或者不能及时更换元件造成产品无法稳定正常工作，电路调试、排查退化失效元件的难度大，耗时长，影响产品再次投入正常工作，甚至产品燃烧与爆炸，危害工人健康与安全，以及产品安全的问题。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本专利技术提供了一种基于粒子受力状态和跨尺度相似性的元件退化量估计方法，解决了现有技术中存在的对元件的退化建模准确度、合理性与应用性不足、对元件退化量估计不准确导致的过早更换元件造成硬件资源浪费，或者不能及时更换元件造成产品无法稳定正常工作，电路调试、排查退化失效元件的难度大，耗时长，影响产品再次投入正常工作，甚至产品燃烧与爆炸，危害工人健康与安全，以及产品安全的问题。
[0006]本专利技术提供了一种基于粒子受力状态和跨尺度相似性的元件退化量估计方法，包括如下步骤：
步骤S1.构建元件的受力状态模型和运动状态模型；其中，所述元件包括但不限于电气产品中的电子元器件或机电产品中的部组件；步骤S2.根据元件的受力状态模型和运动状态模型，构建用于表征元件退化的主控模型，并扩展为欠阻尼情况下的元件退化主控模型、临界阻尼情况下的元件退化主控模型和过阻尼情况下的元件退化主控模型；步骤S3.获取元件的实际退化数据，并结合元件的实际退化阻尼情况，选择步骤S2中对应阻尼情况下的元件退化主控模型并进行求解，得到元件退化量的概率分布函数；步骤S4.根据元件退化量的概率分布函数，估计得到元件的退化量。
[0007]进一步的，步骤S1中的所述元件的受力状态模型和运动状态模型根据粒子的受力状态模型、粒子的运动状态模型以及粒子和元件之间的跨尺度相似性构建得到；其中，所述粒子指组成所述元件的微观粒子。
[0008]进一步的，所述粒子的受力状态模型包括驱动粒子运动的外力、阻碍粒子运动的阻力和粒子的随机涨落，分别表示为：；；；其中，为驱动粒子运动的外力；为阻碍粒子运动的阻力；为粒子的随机涨落；下角标表示粒子；为驱动粒子运动的外力函数；为外部环境的温度；为时间；为粒子运动阻尼系数；为粒子在各个运动方向上的速度；为粒子的随机涨落函数；所述粒子的运动状态模型表示为：；其中，为时刻粒子的位移；是对的二阶导数，表示粒子的惯性力。
[0009]进一步的，步骤S1中的所述元件的运动状态模型包括元件的广义位移和元件的广义速度；其中，元件的广义位移用于描述时刻元件的性能退化量；元件的广义速度用于描述时刻元件的性能退化速度，表示为：。
[0010]进一步的，步骤S1中的所述元件的受力状态模型包括元件的广义外力、元件的广义阻力、元件的广义涨落和元件的广义惯性力，表示为：；
；；；其中，为元件的广义外力；为元件的广义阻力；为元件的广义涨落；为元件的广义惯性力；下角标表示元件；表示元件的外力函数；表示外部环境的温度；为元件的阻尼系数；为元件的随机涨落函数；为涨落系数；表示布朗运动，服从均值为0，方差为时间的正态分布；表示布朗运动对时间的一阶导数。
[0011]进一步的，步骤S2中的所述用于表征元件退化的主控模型，包括三种类型，分别为达朗贝尔类型的元件退化主控模型、拉格朗日类型的元件退化主控模型或哈密顿类型的元件退化主控模型。
[0012]进一步的，所述达朗贝尔类型的元件退化主控模型、拉格朗日类型的元件退化主控模型和哈密顿类型的元件退化主控模型中的任一种类型的元件退化主控模型均能扩展为欠阻尼情况下的元件退化主控模型、临界阻尼情况下的元件退化主控模型和过阻尼情况下的元件退化主控模型。
[0013]进一步的，步骤S2中的所述欠阻尼情况下的元件退化主控模型表示为：；所述临界阻尼情况下的元件退化主控模型表示为：；所述过阻尼情况下的元件退化主控模型表示为：。
[0014]进一步的，步骤S3中的所述元件退化量的概率分布函数包括欠阻尼情况下的元件退化量的概率分布函数、临界阻尼情况下的元件退化量的概率分布函数和过阻尼情况下的元件退化量的概率分布函数。
[0015]进一步的，步骤S4中的所述根据元件退化量的概率分布函数，估计得到元件的退化量，指根据元件退化量的概率分布函数，构造似然函数，并利用极大似然的方法估计元件退化量的概率分布函数中的未知参数，得到参数确定的元件退化量的概率分布函数，用于估计得到元件任一时刻的退化量。
[0016]与现有技术相比，本专利技术至少具有现如下有益效果：（1）本专利技术的基于粒子受力状态和跨尺度相似性的元件退化量估计方法，对元件的退化建模准确度高，合理性强，应用广泛，对元件退化量估计准确，能够按照估计得到的元件退化量来按时更换对应的元件，最大限度地节约硬件资源，同时确保元件所在产品稳
定正常工作，减小线路调试、排查退化失效元件的难度与耗时，缩短元件所在产品再次投入正常工作的间隔，有效避免元件所在产品燃烧与爆炸，保证工人健康与安全，以及元件所在产品安全。
[0017]（2）本专利技术的基于粒子受力状态和跨尺度相似性的元件退化量估计方法，探究了宏观元件退化的微观机理，构建微观粒子的受力状态模型和运动状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于粒子受力状态和跨尺度相似性的元件退化量估计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1.构建元件的受力状态模型和运动状态模型；其中，所述元件包括电气产品中的电子元器件或机电产品中的部组件；步骤S2.根据元件的受力状态模型和运动状态模型，构建用于表征元件退化的主控模型，并扩展为欠阻尼情况下的元件退化主控模型、临界阻尼情况下的元件退化主控模型和过阻尼情况下的元件退化主控模型；步骤S3.获取元件的实际退化数据，并结合元件的实际退化阻尼情况，选择步骤S2中对应阻尼情况下的元件退化主控模型并进行求解，得到元件退化量的概率分布函数；步骤S4.根据元件退化量的概率分布函数，估计得到元件的退化量。2.根据权利要求1所述的基于粒子受力状态和跨尺度相似性的元件退化量估计方法，其特征在于，步骤S1中的所述元件的受力状态模型和运动状态模型根据粒子的受力状态模型、粒子的运动状态模型以及粒子和元件之间的跨尺度相似性构建得到；其中，所述粒子指组成所述元件的微观粒子。3.根据权利要求2所述的基于粒子受力状态和跨尺度相似性的元件退化量估计方法，其特征在于，所述粒子的受力状态模型包括驱动粒子运动的外力、阻碍粒子运动的阻力和粒子的随机涨落，分别表示为：；；；其中，为驱动粒子运动的外力；为阻碍粒子运动的阻力；为粒子的随机涨落；下角标表示粒子；为驱动粒子运动的外力函数；为外部环境的温度；为时间；为粒子运动阻尼系数；为粒子在各个运动方向上的速度；为粒子的随机涨落函数；所述粒子的运动状态模型表示为：；其中，为时刻粒子的位移；是对的二阶导数，表示粒子的惯性力。4.根据权利要求3所述的基于粒子受力状态和跨尺度相似性的元件退化量估计方法，其特征在于，步骤S1中的所述元件的运动状态模型包括元件的广义位移和元件的广义速度；其中，元件的广义位移用于描述时刻元件的性能退化量；元件的广义速度用于描述时刻元件的性能退化速度，表示为：
。5.根据权利要求4所述的基于粒子受力状态和跨尺度相似性的元件退化量估计方法，其特征在于，步骤S1中的所述元件的受力状态模型包括元件的广义外力...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓阳，陈大宇，康锐，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：