動態系統故障機理的混雜特徵及其建模方法

《動態系統故障機理的混雜特徵及其建模方法》是依託北京航空航天大學，由郭健彬擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：動態系統故障機理的混雜特徵及其建模方法
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：郭健彬
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

動態系統的故障機理具有明顯的混雜特性，其故障演化過程受到內外因素、單元故障及其耦合作用的綜合影響。首先，以典型動態系統為研究對象，從離散事件、連續參數及其耦合作用對動態系統故障的耦合影響入手，形成對動態系統故障機理混雜特徵較為完整的認識。然後，結合可靠性領域特點提出隨機混雜Petri網方法，集成離散事件模型和連續動態模型，通過動態變遷機制（瞬時變遷、線性變遷、積分變遷）描述模型間的動態互動，並在此基礎上研究隨機性因素注入方法，通過仿真輸出各種可能的故障演化路徑。最後，提出一種能處理隨機性跳變的自適應步長模型驅動算法，實現對隨機故障事件的敏感檢測和精確定位，在保證不發生事件漏檢的前提下提高仿真效率。混雜故障機理及其建模方法可為動態系統科學的開展故障原因分析、可靠性定量設計和故障診斷奠定基礎。

結題摘要

動態系統的故障傳播過程是由離散事件、連續特性及其相互作用共同驅動的，具有顯著的混雜特徵，為故障規律認知與建模帶來了較大的難度。首先，從離散事件、連續參數及其耦合作用對動態系統故障的耦合影響入手，分析出系統故障過程中存在參數連續退化，系統連續特性和單元離散故障之間的耦合作用，給出了離散與連續雙維度下的動態系統故障混雜傳播的定義，分析了其混雜影響要素以及混雜傳播特徵，形成對動態系統故障機理混雜特徵較為完整的認識。然後，結合可靠性領域特點提出隨機混雜自動機（Stochastic Hybrid Automata, SHA）方法，集成離散事件模型和連續動態模型，通過動態變遷機制（瞬時變遷、線性變遷、積分變遷）描述模型間的動態互動，在SHA基礎上引入狀態內部的隨機性，考慮噪聲、結構參數的隨機退化及使用環境等不確定因素對系統性能的影響。隨後，提出一種能處理隨機性跳變的自適應步長模型驅動算法，將隨機性事件函式和確定性事件函式一併納入到事件條件中，通過分層處理方法，實現對隨機故障事件的敏感檢測和精確定位，在保證不發生事件漏檢的前提下提高仿真效率。最後，以電加熱爐溫度控制系統為例，對本文提出的方法進行了驗證。項目首次將混雜理論套用到可靠性建模領域，能夠描述離散單元故障和連續過程參數之間的互動作用，為動態系統故障規律認知、故障原因分析和故障診斷提供參考。