共載冗余系統(tǒng)可靠性分析與優(yōu)化設計.pdf

1、冗余技術是工程領域中為達到系統(tǒng)的可靠性目標而經(jīng)常采用的主要手段之一，如何準確的預計、評估、分析冗余系統(tǒng)的可靠性便成為冗余設計的重中之重。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，認為其壽命是相互獨立的，這種理論在分析共載冗余系統(tǒng)時必然會帶來比較大的偏差，無法滿足工程需要。目前共載冗余系統(tǒng)可靠性理論尚處于發(fā)展階段，對于工程中實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)化設計的工程需求

2、，本文對共載冗余系統(tǒng)包含控制裝置、系統(tǒng)中單元退化失效服從隨機過程、系統(tǒng)包含共因失效等情況下的可靠性理論進行研究，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)化設計問題。論文主要內(nèi)容與結(jié)論包括如下幾個方面：
　　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)針對不可修系統(tǒng)各單元壽命服從指數(shù)分布的情況，對于控制裝置具有恒定失效率和恒定可靠度的情況，根據(jù)齊次馬爾可夫過程特性分別給出了可靠性模型表達式，對于控制裝置服從

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)對于不可修系統(tǒng)各單元壽命服從一般分布的情形，運用事件空間法，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；通過在某排水系統(tǒng)算例的應用驗證了上述兩個模型的合理性和仿真算法的有效性；
　　(3)對于各單元壽命和維修時間均服從指數(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、計算方法計算系統(tǒng)的瞬態(tài)可靠性特征量，通過在某電壓源換流閥系統(tǒng)算例的應用驗證了模型的合理性。
　　2.建立了單元退化失效為隨機過程的共載冗余系統(tǒng)的可靠性模型
　　分別針對單元退化失效服從Gamma過程或Wiener過程的系統(tǒng)，根據(jù)Gamma過程或 Wiener過程的獨立增量特性，運用事件空間法，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，分別以三角帶傳動系統(tǒng)和風機通風系統(tǒng)為例，驗證了所提

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)齊次馬爾可夫過程特性給出了可靠性模型的表達式；基于二項失效率(BFR)模型，繪出系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，通過馬爾可夫鏈數(shù)值計算方法求解系統(tǒng)可靠性；
　　(2)針對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式，并給出Monte Car

6、lo仿真算法；基于二項失效率(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，分別驗證了所提模型的合理性和仿真算法的有效性。
　　4.對包含共載冗余分系統(tǒng)的系統(tǒng)進行可靠性優(yōu)化設計
　　(1)根據(jù)對多個時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