军用飞机PHM技术进展分析及问题研究

在研究故障预测与健康管理(PHM)技术体系构建、数据采集与运用、系统状态监测与故障预测、验证评估等发展现状的基础上,结合新阶段装备PHM工程应用现状,从装备测试性设计与验证、多源故障信息交互与管理、寿命预测与维修支持、验证评估及标准制定等方面分析军用飞机PHM技术面临的瓶颈问题,并指出应重点开展包括测试性试验技术、智能信息处理与融合技术、航空装备与信息标准化管理技术、数据挖掘与平台构建技术等方面的研究,最后对我国PHM技术的发展给出思考与建议。     

基于多特征量的D矩阵模型的建立与分析

针对基于单特征量的D矩阵模型会损失测试信号的大量信息的问题,提出了一种基于多特征量的可测性分析模型。首先,在研究D矩阵模型的基础上,对测试信号进行特征提取和多值编码,建立了基于多特征量的D矩阵模型。其次,基于信息熵制定诊断策略和生成故障诊断树,并对模型进行测试性分析,评估其诊断能力。结果表明,与单特征量的D矩阵模型相比,基于多特征量的D矩阵模型选用的测试点数和模糊组数小,故障隔离率高,诊断测试步骤数少,平均测试费用低。     

基于模拟退火离散粒子群算法的测试点优化

针对复杂系统的测试点优化问题,提出一种基于模拟退火离散粒子群（SA-BPSO）算法的测试点优化算法。该算法利用模拟退火算法的概率突跳能力,克服了基本粒子群算法易陷入局部最优解的缺陷。阐述了该算法在系统测试点优化应用中的流程及关键步骤,并且理论分析了该算法的复杂度。仿真结果表明,该算法在计算时间和测试费用方面都优于遗传算法,能够应用于复杂系统的测试点优化。     

基于模拟退火粒子群算法的不可靠测试点优化

针对实际复杂系统测试与诊断时存在虚警和漏检的情况问题,提出在不可靠测试条件下,基于模拟退火粒子群(SA-PSO)算法的测试点优化方法。首先综合考虑不可靠测试条件下测试点的故障检测能力、故障隔离能力及结果信任度设计了评价测试点性能的启发函数;然后,将该启发函数与测试费用最小原则相结合,并根据测试性指标的要求,构建确保测试点最优的适应度函数;最后,设计基于模拟退火粒子群算法的不可靠测试点优化步骤,并用阿波罗发射系统实例验证了该算法的优越性。结果表明SA-PSO算法能够在满足测试性指标的要求下获得最小测试费用的测试点集,其故障检测率、隔离率都优于贪婪算法及遗传算法。     

基于Rollout算法的测试不可靠条件下的诊断策略*

实际复杂装备系统测试时存在虚警和漏检,其导致的误诊费用往往超过了测试成本。针对复杂系统故障诊断中诊断精度低、虚警率高的问题,进行了不可靠测试条件下,基于Rollout算法的诊断策略优化方法研究。首先建立综合考虑测试点的故障检测能力、信息量、测试费用以及测试结果信任度的启发函数,然后利用Rollout算法生成诊断策略,最后用阿波罗检测系统实例验证了该算法的优越性。理论和实验表明,Rollout算法的平均测试费用低于贪婪算法,而且计算时间在可接受范围内,因此可用于测试不可靠条件下的诊断策略设计。     

基于多变异位自适应遗传算法的CPS任务调度

针对信息物理融合系统典型的分布式异构并行计算结构存在的任务调度问题,以有向无环图为调度模型,最小化任务完成时间为目标,采用多变异位自适应遗传算法,通过依赖矩阵、改进的交叉和变异算子确保基因个体的有效性,同时采用多变异位和自适应的方法保证基因个体的多样性和算法的收敛性。仿真结果显示,该算法比基于任务表的启发式调度算法更有效。     

机载燃油泵电应力加速退化建模与试验设计

针对传统加速退化模型建立过程中,未考虑应力变化造成失效阈值变化的问题,提出了通过试验建模确立失效阈值的方法.在分析某型机载燃油泵工作机理和物理模型的基础上,设计了从101～130 V的步进电压条件下机载燃油泵压力与流量测量试验,并基于样本分位数构建了机载燃油泵电应力下压力与流量的数学模型;又选取100、105、110、115、120、125 V为工作电压进行了加速退化试验,拟合出不同电应力下机载燃油泵的退化轨迹.最终依据其数学模型估计了机载燃油泵在100、105、110、115、120、125 V工作电压下的失效寿命分别为53 848、43 599、39 269、37 140、26 643、20 522 h,依据逆幂律模型L(U)=A×U~n,通过参数拟合建立了机载燃油泵电应力加速退化模型L(U)=1.329 9×10~(12)×U~(-3.694 9)。     

一种基于用户和功能的PHM系统性能度量体系结构

针对PHM系统性能和功能评价缺乏成熟的规范的度量体系的问题,分析国内外研究现状,然后分析PHM系统性能需求和性能度量之间的关系,论述了PHM系统性能度量的选取原则和确认方法,最后构建了基于用户的和基于功能的PHM系统性能度量体系,对于PHM系统的评价研究提供了一定的研究基础。     

基于联邦卡尔曼滤波器的容错组合导航系统设计

针对SINS/GPS/DVS全源组合导航系统在非理想状态下的容错性差,无法实现多源组合导航系统最优化的问题,建立基于卡尔曼滤波器的导航子系统局部滤波器和基于联邦滤波器的全源导航系统全局滤波器,设计了一种全源容错组合导航系统。通过仿真验证,该全源导航系统能够在子系统出现故障的情况下实现高精度导航,满足临界空间飞行器对导航系统精度和可靠性的要求。     

面向PHM的桌面超算平台设计

针对复杂武器装备故障预测与健康管理(PHM)中存在的传感器种类多、采集数据量大,实时性要求高,运行平台性能低等问题,设计了一种PHM桌面超算平台。该平台基于数字信号处理器+现场可编程门阵列(DSP+FPGA)异构计算架构,用于实现系统的故障诊断、预测与健康管理功能。PHM桌面超算平台利用多块包含DSP和FPGA的协处理卡对PHM数据处理任务进行加速计算,并提供多通道高速数据采集和算法模型验证等功能。实验验证表明,该平台运行可靠,实用性强,为实现武器装备PHM系统功能提供了高性能运行平台。