共載冗余系統(tǒng)可靠性分析與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、冗余技術(shù)是工程領(lǐng)域中為達(dá)到系統(tǒng)的可靠性目標(biāo)而經(jīng)常采用的主要手段之一，如何準(zhǔn)確的預(yù)計(jì)、評(píng)估、分析冗余系統(tǒng)的可靠性便成為冗余設(shè)計(jì)的重中之重。傳統(tǒng)的冗余系統(tǒng)可靠性理論忽略了系統(tǒng)各單元壽命之間的相互影響，認(rèn)為其壽命是相互獨(dú)立的，這種理論在分析共載冗余系統(tǒng)時(shí)必然會(huì)帶來(lái)比較大的偏差，無(wú)法滿足工程需要。目前共載冗余系統(tǒng)可靠性理論尚處于發(fā)展階段，對(duì)于工程中實(shí)際存在的共載冗余系統(tǒng)，尚有許多問題亟待解決。為此，基于共載冗余系統(tǒng)可靠性分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)的工程需求

2、，本文對(duì)共載冗余系統(tǒng)包含控制裝置、系統(tǒng)中單元退化失效服從隨機(jī)過(guò)程、系統(tǒng)包含共因失效等情況下的可靠性理論進(jìn)行研究，并分析了包含共載冗余分系統(tǒng)的串-并聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。論文主要內(nèi)容與結(jié)論包括如下幾個(gè)方面：
　　1.建立了考慮控制裝置的共載冗余系統(tǒng)的可靠性模型
　　(1)針對(duì)不可修系統(tǒng)各單元壽命服從指數(shù)分布的情況，對(duì)于控制裝置具有恒定失效率和恒定可靠度的情況，根據(jù)齊次馬爾可夫過(guò)程特性分別給出了可靠性模型表達(dá)式，對(duì)于控制裝置服從

3、一般壽命分布的情形，建立了系統(tǒng)可靠性的Monte Carlo仿真算法；
　　(2)對(duì)于不可修系統(tǒng)各單元壽命服從一般分布的情形，運(yùn)用事件空間法，根據(jù)全概率理論、條件概率理論和等效累積失效概率理論，建立了系統(tǒng)可靠性模型，并給出了Monte Carlo仿真算法；通過(guò)在某排水系統(tǒng)算例的應(yīng)用驗(yàn)證了上述兩個(gè)模型的合理性和仿真算法的有效性；
　　(3)對(duì)于各單元壽命和維修時(shí)間均服從指數(shù)分布的可修系統(tǒng)，繪出系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，根據(jù)馬爾可夫鏈數(shù)值

4、計(jì)算方法計(jì)算系統(tǒng)的瞬態(tài)可靠性特征量，通過(guò)在某電壓源換流閥系統(tǒng)算例的應(yīng)用驗(yàn)證了模型的合理性。
　　2.建立了單元退化失效為隨機(jī)過(guò)程的共載冗余系統(tǒng)的可靠性模型
　　分別針對(duì)單元退化失效服從Gamma過(guò)程或Wiener過(guò)程的系統(tǒng)，根據(jù)Gamma過(guò)程或 Wiener過(guò)程的獨(dú)立增量特性，運(yùn)用事件空間法，分別建立了系統(tǒng)可靠性模型，并給出了系統(tǒng)可靠性的Monte Carlo仿真算法。最后，分別以三角帶傳動(dòng)系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)為例，驗(yàn)證了所提

5、出模型的合理性和仿真算法的有效性。
　　3.建立了考慮共因失效的共載冗余系統(tǒng)的可靠性模型
　　(1)針對(duì)系統(tǒng)各單元壽命服從指數(shù)分布的情況，基于β因子模型，根據(jù)齊次馬爾可夫過(guò)程特性給出了可靠性模型的表達(dá)式；基于二項(xiàng)失效率(BFR)模型，繪出系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，通過(guò)馬爾可夫鏈數(shù)值計(jì)算方法求解系統(tǒng)可靠性；
　　(2)針對(duì)各單元壽命服從一般分布的情形，基于β因子模型，根據(jù)事件空間法給出了可靠性模型的表達(dá)式，并給出Monte Car

6、lo仿真算法；基于二項(xiàng)失效率(BFR)模型，給出了系統(tǒng)可靠性的Monte Carlo仿真算法；
　　最后以某鋰離子電池組成的電源系統(tǒng)為例，分別驗(yàn)證了所提模型的合理性和仿真算法的有效性。
　　4.對(duì)包含共載冗余分系統(tǒng)的系統(tǒng)進(jìn)行可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)
　　(1)根據(jù)對(duì)多個(gè)時(shí)刻可靠度要求建立了串-并聯(lián)系統(tǒng)冗余分配優(yōu)化模型，包括分系統(tǒng)中部件同類型的串-并聯(lián)系統(tǒng)和分系統(tǒng)中部件不同類型的串-并聯(lián)系統(tǒng)；
　　(2)根據(jù)共載冗余分系統(tǒng)可