[发明专利]一种基于率模可靠性理论的航天器健康评估方法

说明书

技术领域

本发明是一种基于率模(profust)可靠性理论的航天器健康评估方法，它与航天器运行状态的评估有关，属于航天器健康管理技术领域。

背景技术

航天器在轨运行，需要完善的健康管理系统对其进行监控，实时发现故障，并及时制定合理的解决方案，最大限度的保障航天器在轨的正常运行，加长航天器在轨寿命。该领域已得到国内外航天界重点关注，成为了航天界的主要研究方向。

航天器在轨运行的健康管理中面临着如下四个难题：

(1)航天器的失效数据量相对较小；

(2)航天器的系统复杂，其性能和可靠性有时以专家经验等定性信息的形式来描述，这种描述本身存在模糊性；

(3)航天器运行状态无法用“正常”和“故障”两种状态描述，系统可降级运行；

(4)航天器由许多分系统、整机、部件和元器件组成，同时又有人为因素、环境因素的影响，从而给系统高可信度的建模和分析带来了巨大的困难。

蔡开元教授在20世纪90年代提出了率模可靠性理论，是将经典可靠性理论中的概率假设和模糊可靠性理论中的模糊状态假设相结合的理论，隶属于模糊可靠性理论，已经成功应用于ACT验证机，计算机通信网络等不同系统。但原有率模可靠性理论中，系统的状态转移概率矩阵通过专家经验，毁坏性测试等不同形式事先得到。并且由状态转移概率矩阵求解得到的系统稳态概率也保持不变。这就造成了率模可靠性理论应用于航天器健康管理领域的局限性。

在这种背景下，针对航天器系统自身特点，为了使原有率模可靠性理论更加符合航天器系统健康管理的工程实践，本发明一种基于率模可靠性理论的航天器健康评估方法，该方法采用一种带有时间窗口的稳态概率计算方法，进而来计算航天器系统的率模可靠度、航天器健康等级和平均模糊故障时间，满足航天器在轨健康管理的工程需求。

工程可靠性中所指产品，就是研究对象，可以是一个单元，也可以是一个系统。经典可靠性理论中相关定义为：

1)可靠性：是指产品在规定条件和规定时间内，完成规定功能的能力。产品不能完成规定功能，称为故障(失效)。

2)可靠度：是指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。

产品寿命是随机变量，可靠度R(t)为

R(t)=P(T>t)

式中：t是规定时间。显然t时刻可靠度是指产品在[0,t]内完成规定功能（或正常工作）的概率，即t时间内正常工作的概率。

3)平均寿命

平均寿命是寿命的平均值。对于不可修复的产品，指产品故障前工作时间的平均值，通常记为MTTF（Mean Time To Failure）。利用平均寿命表征产品可靠性，具有物理意义明确、直观的优点。

设N₀个不可修复产品在相同条件下进行试验，测得寿命数据为t₁,t₂,…,，则其平均故障前工作时间的估计值为

MTTF=1N0Σi=1N0ti]]>

当寿命是连续型随机变量时，平均故障前工作时间为

MTTF=∫0∞R(t)dt]]>

在率模可靠性理论中，将系统的可靠度称为率模可靠度，同时系统的平均故障前工作时间称之为平均模糊故障时间，记为MTFF(Mean Time to Fuzzy Failure)。