【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种混合余度系统可靠性分析方法，属于可靠性工程。
技术介绍
1、余度设计是提高航空机载系统可靠性的重要措施，国内外航空机载系统大量采用电气四余度冗余容错方式，有效评估多余度机载系统可靠性是开展其可靠性设计、优化及验证的基础。
2、目前针对多余度系统的可靠性分析方法普遍认为系统各余度之间硬件和信号相互独立，没有考虑多个余度共用一个功能部件的情况，但该类设计在航空机载系统中大量存在。例如某传感器由单一电源模块供电，同时完成两余度信号的采集和传输，机载系统选用两件传感器实现四余度电气信号。传统四余度表决逻辑在这种系统设计方案中会出现由于共用功能部件失效导致2:2表决故障的复杂故障模式，针对该类复杂系统的可靠性分析缺乏成熟有效的方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的：提供一种混合余度系统可靠性分析方法，解决混合余度系统可靠性分析问题，由于混合余度系统中存在2:2故障模式，传统可靠性建模方法无法描述2:2故障及系统余度重构过程，因此需要一种新的可靠性分析方法对混合余度系统进行可靠性建模并评估，揭示系统可靠度/状态随时间变化的规律。
2、本专利技术的技术方案：
3、一种混合余度系统可靠性分析方法，包括以下步骤：
4、步骤1：对混合余度系统的特征进行定义与描述；
5、步骤2：对混合余度系统的状态变化与余度重构过程进行定义与描述；
6、步骤3：根据混合余度系统余度重构过程，得到混合余度系统进入故障安全或系统失
7、步骤4：通过计算积分与多重积分，求解混合余度系统的状态概率分布与可靠度的解析解。
8、进一步，步骤1中的混合余度系统为一种2×4混合余度系统，定义ai(i∈{1,2})表示功能组件，bi(i∈{1,...,4})表示信号通道，针对该混合余度系统，其特征包括(1)～(4)：
9、(1)功能组件a1和信号通道b1/b2串联构成组件c1/c2，功能组件a2和信号通道b3/b4串联构成组件c3/c4，功能组件、信号通道、组件统称为部件；
10、(2)令tx表示部件u(u∈{a1,a2,b1,...,b4,c1,...,c4})的寿命，假设tu服从指数分布；功能组件/信号通道u(u∈{a1,a2,b1,...,b4})寿命的生存函数和概率密度函数分别表示为ru(t)和fu(t)，因此组件ci(i∈{1,...,4})寿命的生存函数和概率密度函数分别推导为：
11、
12、
13、其中，为向上取整符号；
14、(3)混合余度系统的状态分为系统工作、故障安全、系统失效三个状态，其中系统工作状态进一步细分为正常工作和故障工作状态；
15、(4)混合余度系统在任意时刻t的状态表示为x(t)(x(t)∈{1,...,3})，状态1～3分别表示系统工作、故障安全、系统失效状态；系统在时刻t的状态概率分布表示为p(t)＝[p1(t),p2(t),p3(t)]。
16、进一步，步骤2是根据功能组件和信号通道的失效及失效顺序，得到混合余度系统的状态变化与余度重构过程，并进一步根据正常工作的信号通道数，将混合余度系统的状态变化与余度重构过程分为三种情况。
17、进一步，混合余度系统的状态变化与余度重构过程的第1种情况为：
18、情况1：4个信号通道正常工作
19、(1)若功能组件a1或a2失效，则系统功能输出表现为2:2的形式，系统进入故障安全状态；
20、(2)若信号通道bi(i∈{1,...,4})失效，则将该失效信号通道隔离并余度重构，系统处于故障工作状态。
21、进一步，混合余度系统的状态变化与余度重构过程的第2种情况为：
22、情况2：3个信号通道正常工作
23、根据信号通道bi(i∈{1,...,4})先失效的情况，3个信号通道正常工作共有4种情况：
24、(1)当信号通道b1先失效时，混合余度系统的状态变化与余度重构过程进一步分为以下3中情况：
25、(a)若功能组件a2失效，则系统功能输出表现为1:2的形式，系统失效；
26、(b)若信号通道b3或b4失效，则将该失效信号通道隔离并进余度重构，系统处于故障工作状态；
27、(c)若组件c2失效，则将组件c2隔离并余度重构，系统处于故障工作状态；
28、(2)当信号通道b2先失效时，混合余度系统的状态变化与余度重构过程进一步分为以下3中情况：
29、(a)若功能组件a2失效，则系统功能输出表现为1:2的形式，系统失效；
30、(b)若信号通道b3或b4失效，则将该失效信号通道隔离并进余度重构，系统处于故障工作状态；
31、(c)若组件c1失效，则将组件c1隔离并余度重构，系统处于故障工作状态；
32、(3)当信号通道b3先失效时，混合余度系统的状态变化与余度重构过程进一步分为以下3中情况：
33、(a)若功能组件a1失效，则系统功能输出表现为1:2的形式，系统失效；
34、(b)若信号通道b1或b2失效，则将该失效信号通道隔离并进余度重构，系统处于故障工作状态；
35、(c)若组件c4失效，则将组件c4隔离并余度重构，系统处于故障工作状态；
36、(4)当信号通道b4先失效时，混合余度系统的状态变化与余度重构过程进一步分为以下3中情况：
37、(a)若功能组件a1失效，则系统功能输出表现为1:2的形式，系统失效；
38、(b)若信号通道b1或b2失效，则将该失效信号通道隔离并进余度重构，系统处于故障工作状态；
39、(c)若组件c3失效，则将组件c3隔离并余度重构，系统处于故障工作状态。
40、进一步，混合余度系统的状态变化与余度重构过程的第3种情况为：
41、情况3：2个信号通道正常工作
42、(1)若信号通道bi和bj(i,j∈{1,...,4}且|i-j|>1)依次失效，则余度重构后的系统由组件cu和cv({u,v}＝{1,...,4}\{i,j})构成；当组件ci或cj失效时，系统功能输出表现为1:1的形式，系统进入故障安全状态。
43、(2)若信号通道bi和组件cj(i,j∈{1,...,4}且i≠j)依次失效，则余度重构后的系统构成存在两种情况：系统由功能组件a1与信号通道b1和b2构成、系统由功能组件a2与信号通道b3和b4构成；当系统由功能组件a1与信号通道b1和b2构成时，若功能组件a1失效，系统失效，若信号通道b1或b2失效时，功能组件的信号输入存在冲突，系统进入故障安全状态；当系统由功能组件a2与信号通道b3和b4构成时，若功能组件a2失效，系统失效，若信号通道b3或b4本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种混合余度系统可靠性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种混合余度系统可靠性分析方法，其特征在于，步骤1中的混合余度系统为一种2×4混合余度系统，定义Ai(i∈{1,2})表示功能组件，Bi(i∈{1,...,4})表示信号通道，针对该混合余度系统，其特征包括(1)～(4)：
3.根据权利要求2所述的一种混合余度系统可靠性分析方法，其特征在于，步骤2是根据功能组件和信号通道的失效及失效顺序，得到混合余度系统的状态变化与余度重构过程，并进一步根据正常工作的信号通道数，将混合余度系统的状态变化与余度重构过程分为三种情况。
4.根据权利要求3所述的一种混合余度系统可靠性分析方法，其特征在于，混合余度系统的状态变化与余度重构过程的第1种情况为：
5.根据权利要求4所述的一种混合余度系统可靠性分析方法，其特征在于，混合余度系统的状态变化与余度重构过程的第2种情况为：
6.根据权利要求5所述的一种混合余度系统可靠性分析方法，其特征在于，混合余度系统的状态变化与余度重构过程的第3种情况为：
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