【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于飞机控制，尤其是涉及一种基于重量约束的最优可靠性分配方法。
技术介绍
1、近年来，电动交通工具的电气化技术在全球范围内得到了广泛的应用和推广。电动汽车、电动船舶以及其他电动交通工具已经成为减少尾气排放、改善城市空气质量和减轻对有限石油资源依赖的可持续交通解决方案。特别是，电动飞机作为电气化交通领域的一项重要发展，最近也引起了广泛关注。
2、然而，不同于其他交通工具，电动飞机在可靠性和重量之间存在一个重要的矛盾。为了提高电动飞机的可靠性，通常需要增加冗余部件和提高系统的复杂性，这会导致飞机的总重量增加。然而，飞机的总重量对其性能和效率产生直接影响。较重的飞机需要更多的能量来维持飞行，从而降低了电池续航能力，增加了充电需求，甚至可能限制了飞机的操作范围。
3、为了解决电动飞机可靠性与重量之间的这一矛盾，目前的研究和实践侧重于提高电气系统的工艺上。研究人员采用先进的材料和制造技术来降低飞机的自重，以提高其性能。然而，目前的研究无法在现有的技术上通过合理的优化在不增加重量的前提下提升可靠性。如申请号为cn202211227704.3的中国专利提供了一种基于重要度和复杂度评估的无人机系统可靠性分配方法及系统，包括以下步骤：s1：预设重要度参数与无人机故障危险程度之间的映射函数；s2：预设复杂度参数与无人机复杂程度之间的映射函数；s3：根据s1和s2中的映射函数，对l个无人机分系统进行k次评价预测，输出第一重要度参数和第一复杂度参数的结果；s4：根据s3中结果，以熵权法计算l个无人机分系统的第二重要度参
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于重量约束的最优可靠性分配方法，解决现有技术存在的电动飞机电推进系统轻量化与高可靠之间的矛盾。
2、为实现上述目的，本专利技术提供一种基于重量约束的最优可靠性分配方法，包括以下步骤：
3、步骤1、构建以重量为约束的可靠性分配模型；
4、步骤2、建立飞机电池组的子系统可靠性与重量模型；
5、步骤3、建立飞机的电机和电力电子设备可靠性与重量模型；
6、步骤4、将步骤2及步骤3建立的模型代入步骤1进行求解，获得重量最轻的可靠性分配。
7、优选的，步骤1中以重量为约束的可靠性分配模型具体如下：
8、
9、其中，mi(ri)为第i个子系统重量；ri为第i个子系统可靠度；rs为系统可靠度；rg为系统可靠性指标；ri,min为ri允许最小值，ri,max为ri允许最大值，g为子系统与系统可靠性的函数关系，与系统的具体结构有关。
10、优选的，步骤2中建立飞机电池组的子系统可靠性与重量模型的具体步骤如下：
11、s21、评估单个电池的soh状态；
12、s22、评估整体电池组的可靠性；
13、s23、利用蒙特卡洛采样计算不同拓扑的重量与可靠性数据，得到电池重量与可靠度的数据图，进行曲线拟合。
14、优选的，s21中单个电池的soh状态的表达式如下：
15、
16、其中，soh0为全新的电池的soh，一般为1；l指充/放电次数；pb,i指第i次充/放电时的功率，ti指第i次充/放电时的时间，nequ,i(|pb,i|)则代表在第i种场景下电池从全新直至达到失效的等效充/放电次数，电池的soh分布一方面随着循环次数不断降低，另一方面方差也在不断增大，多个电池模组近似看成正态分布，由式(2)估计经过n次循环后的多个单电池模组soh大致分布，通过规定电池模块失效阈值，soh低于该阈值的电池判定为失效，计算电池模块可靠性。
17、优选的，s22中电池组的可靠性包括电压可靠性和容量可靠性，具体计算如下：
18、rb＝rb1·rb2 (3)
19、其中，rb为电池组可靠性，rb1为电压可靠性，rb2为容量可靠性；
20、电压可靠性的计算方法如下：
21、将每个电池soh状态分为y个等级，设e＝{e1,e2,……,ey}为电池的soh状态集，p＝{p1,p2,……,py}则代表电池落在每个soh区间的概率集，由于电池的soh分布可由式(2)计算得到，因此每个区间概率可知，此时，关于电池的ugf表示为：
22、
23、式中，z为多项式中合并同类项使用的底数，无特殊含义；
24、在确定单个电池ugf的表示方式后，通过式(5)得到电池i，j之间的组合ugf，并拓展到整个电池组的ugf表示式，得到电池组每个状态的概率集：
25、
26、式中，为组合算子，表示将两个电池的ugf组合运算；g为每一个可能的值对应ei与ej的一个组合，具体计算方式由式(6)确定：
27、
28、当电池拓扑已知，当由a个电池模块并联而成，由式(7)得到电池组的并联支路的ugf；当电池组由b组支路串联而成，由式(8)得到电池组的ugf，具体计算方式如下：
29、
30、
31、式中，es为并联操作后的soh水平，ps为其对应的概率；hl为整个电池组的soh水平，pl为其对应的概率；
32、规定阈值α，电池组的电压可靠性如下所示：
33、
34、其中，p{hl≥α}表示hl≥α的概率；
35、容量可靠性的计算方法如下：
36、首先计算飞机巡航所需容量，对应表达式如下：
37、
38、式中，jb为飞机巡航所需电量，pcr为飞机巡航功率，k为航程，w为飞机所受重力，η为效率，l/d为升阻比；
39、经过n次充放电循环后，若电池组容量高于巡航所需容量，则认为电池组有较高概率完成任务，可靠性更高；反之则低；而当电池容量与巡航所需容量接近时，利用调整后的sigmoid函数代替传统二态可靠性评估的阶跃函数，横坐标1代表一次巡航所需电量的标幺值，调整后的sigmoid函数如下式所示：
40、
41、式中，a表示待定系数，x表示不同的容量的标幺值，通过对不同拓扑电池包整体容量的计算，将容量标幺化后再代入式(11)，得到电池的容量可靠性rb2，最后通过式(3)计算电池组整体可靠性。
42、优选的，s23中曲线拟合的函数关系如下所示：
43、
44、其中，ρ0表示所用电芯能量密度，ρ表示本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于重量约束的最优可靠性分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于重量约束的最优可靠性分配方法，其特征在于，步骤1中以重量为约束的可靠性分配模型具体如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于重量约束的最优可靠性分配方法，其特征在于，步骤2中建立飞机电池组的子系统可靠性与重量模型的具体步骤如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于重量约束的最优可靠性分配方法，其特征在于，S21中单个电池的SOH状态的表达式如下：
5.根据权利要求1所述的一种基于重量约束的最优可靠性分配方法，其特征在于，S22中电池组的可靠性包括电压可靠性和容量可靠性，具体计算如下：
6.根据权利要求1所述的一种基于重量约束的最优可靠性分配方法，其特征在于，S23中曲线拟合的函数关系如下所示：
7.根据权利要求1所述的一种基于重量约束的最优可靠性分配方法，其特征在于，步骤3中建立飞机的电机和电力电子设备可靠性与重量模型的表达式如下：
【技术特征摘要】
1.一种基于重量约束的最优可靠性分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于重量约束的最优可靠性分配方法，其特征在于，步骤1中以重量为约束的可靠性分配模型具体如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于重量约束的最优可靠性分配方法，其特征在于，步骤2中建立飞机电池组的子系统可靠性与重量模型的具体步骤如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于重量约束的最优可靠性分配方法，其特征在于，s21中单个电池...
【专利技术属性】
技术研发人员：李然，李靖豪，黄文焘，邰能灵，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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