基於可靠性實時預測的複雜控制系統失效預測方法

《基於可靠性實時預測的複雜控制系統失效預測方法》是依託浙江大學，由徐正國擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於可靠性實時預測的複雜控制系統失效預測方法
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：徐正國
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

控制系統是各類工業生產過程的核心裝備，其可靠性受到學術界和工業界的高度重視。隨著元件的老化和故障，系統失效難以避免。及時有效的失效預測技術有助於預防非預期的系統停機，是控制系統可靠運行的重要保障。本項目將分析控制系統在常見的執行器、感測器故障作用下的性能退化機理，並在此基礎上設計相應的系統失效預測方法。本項目將具體研究執行器偏差型及間歇性失靈型故障和感測器偏差型及精度下降型故障，提出基於系統工作性能參數的性能可靠性指標，並分析系統性能可靠度隨執行器、感測器故障影響變化的演變規律。同時，設計能夠估計和預測執行器和感測器時變故障的改進卡爾曼濾波算法，並據此實時預測系統的性能可靠度，從而實現系統失效預測。本項目還將考慮由具有共享資源的子系統所構成的複雜控制系統，在子系統發生性能退化的情況下，利用性能可靠性實時預測和資源實時最佳化配置，最大化複雜系統整體性能可靠度預測值，以實現系統延壽。

結題摘要

控制系統是各類工業生產過程的核心裝備，其可靠性直接關係到生產過程的安全性。本青年基金項目主要研究控制系統感測器、執行機構元件、數據傳輸網路的性能退化機理，及元部件性能退化型故障對系統可靠性的影響；並從控制系統層面研究任務可靠度實時預測方法，以及基於可靠度的系統資源調度方法。本項目分別從元部件和系統兩個層面對控制系統的失效過程機理進行了研究，並提出了相應的性能退化檢測與預測方法，及系統可靠性實時預測和調度方法。首先，以速度感測器為代表，研究了感測器偏差和精度變化等性能退化現象產生的機理，並建立了性能退化機理模型；以主元分析為基礎，提出了感測器小故障診斷方法，實現感測器性能退化的早期辨識；分析了感測器性能退化對系統工作性能的影響，建立感測器性能退化與系統性能的定量關係方程，依據此方程設計了感測器讀數補償方法。其次，以執行機構關鍵電路及機械元件為代表，研究了執行機構元件磨損、老化等典型性能退化現象產生的機理；分析了執行機構性能退化對系統動態行為的影響，建立了表征系統動態行為的可測變數與執行器性能退化過程的關係方程；提出了基於系統可測變數的執行器性能退化定量診斷方法，並分析系統失效規律；建立了基於隨機過程模型及性能退化分析的可靠性實時預測方法。再次，研究了節點失效、鏈路失效、擁塞等控制系統數據傳輸網路的性能退化機理；提出了基於分次探索的高效故障診斷方法；建立了複雜數據傳輸網路的可靠性評估方法，並根據網路可靠度最佳化網路資源配置；設計了基於速率的主動佇列管理方法以實現網路擁塞控制。在元部件性能退化機理和監測方法研究的基礎上，針對一類由帶有公共輸入單元的子系統構成的複雜控制系統，在監測子系統性能退化的基礎上，提出了子系統及整個系統的可靠性實時預測方法；根據各子系統的可靠度，通過調節系統最不可靠狀態超過閾值的機率，平衡各子系統的可靠度，以實現整個系統可靠度的最大化。在理論研究的基礎上，本項目還針對列車懸掛控制系統、液壓制動控制系統進行了套用研究。針對上述系統的典型性能退化現象，提出了相應的性能退化監測方法。