[发明专利]一种飞机电传控制系统可靠性分析方法

权利要求书

1.一种飞机电传控制系统可靠性分析方法，其特征在于，具体过程是：

步骤1，统计元件个数Num：

所述统计元件个数Num是统计飞机电传控制系统功能原理图中元件个数Num，并为各元件建立一个表示状态正常的库所和一个表示状态故障的库所；具体而言，即对各元件依次执行以下操作：

对于飞机电传控制系统功能原理图中第i个元件，为该元件建立表示其状态正常的库所，并为该库所编号P_i.up；P_i.up中，P表示库所，i表示元件序号，i满足条件1≤i≤Num，up表示正常；

对于飞机电传控制系统功能原理图中第i个元件，为该元件建立表示其状态故障的库所，并为库所编号P_i.down；P_i.down中，P表示库所，i表示元件序号，i满足条件1≤i≤Num，down表示故障；

步骤2，建立各状态正常库所与所对应的各状态故障库所的联系：

将步骤1中表示各元件状态正常的库所指向表示各元件状态故障的库所；包括：对于取值范围为1≤i≤Num的元件i，建立一个唯一的延时变迁t_i，并为该延时变迁关联参数，关联的参数为元件i的故障率λ_i；

绘制连线：绘制元件i正常状态库所与关联参数的延时变迁之间的连线，以及该关联参数的延时变迁与元件i故障库所状态之间的连线；

步骤3，建立表示系统故障状态的库所：

将系统视作一个元件，建立表示其故障状态的库所P_Num+1.down；在P_Num+1.down中，P表示库所，down表示故障状态，Num+1指的是目前所建立的表示故障状态的库所的编号；

至此，用于可靠性分析的库所构建完毕，其中，建立的表示故障状态的库所有Num+1个，建立的表示正常状态的库所有Num个；

步骤4，连接所述各元件故障状态的库所；

根据各元件的连接形式，连接所述各元件中编号为P_i.down的各库所，其中i的取值范围为1≤i≤Num+1，以建立基于随机Petri网理论构建的与系统功能原理图结构一致的可靠性模型；

连接所述各元件故障状态的库所时：

以符号In_N表示第i个元件的上游输入元件总数，在静态逻辑表述方式中，第i 个元件与该元件上游In_N个输入元件中的n个输入元件的功能逻辑关系存在与、或和表决三种基本形式，其中n≤In_N；以符号j₁、j₂…j_n表示第i个元件的n个上游输入元件在系统中的编号，j₁、j₂…j_n满足条件1≤j₁、j₂…j_n≤Num+1；表示第i个元件故障的库所P_i.down和表示该元件上游n个元件故障的库所通过瞬时变迁的连接方法依据与、或和表决三种形式分为三种情况；

功能逻辑关系“与”指的是当且仅当第i个元件的n个输入元件均功能正常时，第i个元件的功能方可正常执行；功能逻辑关系“或”指的是当第i个元件的n个输入元件中有任意一个元件功能执行正常，则第i个元件的功能就可正常执行；

步骤5，应用蒙特卡洛仿真方法求解系统可靠度：

所述的求解过程如下：

设定仿真次数Sim_N，Sim_N设定为大于0的任何值；

建立记录仿真历程的变量Sim_n，并初始化Sim_n＝1；所述Sim_n为正在执行的仿真次数，当Sim_n>Sim_N时，结束对所建立系统可靠性模型的仿真；

建立记录仿真过程中系统失效时间的数组SYS；所述数组SYS中的元素个数与设定的仿真次数Sim_N相等，依次记录第1、2…Sim_N次仿真过程中系统发生失效的时间；

初始化系统状态；所述的系统初始状态指的是在系统初始时刻，系统中Num个元件均处于正常状态；在本发明所建立的系统可靠性模型中，初始化系统状态的实施方法：建立表示系统时间的变量T_sys＝0，并在编号为P_i.up的各库所中依次放置一个托肯，i取值范围为1≤i≤Num；

通过反抽样法依次获得系统中所有可点火的延时变迁的延迟时间；所述延时变迁是否可点火的判断方法为：

延时变迁点火规则：当延时变迁前置集存在托肯时，变迁可点火；一个可点火的延时变迁的点火过程为：经过一个延迟时间后，将延时变迁的前置集中的托肯移出到后置集，所述的延迟时间服从指数分布，指数分布的参数等于延时变迁的参数；

所述通过反抽样法获得第i个延时变迁t_i的延迟时间X_i的计算方法如下：

i)产生服从[0,1]均匀分布的随机数U～U(0,1)；

ii)令X_i＝-InU/λ_i，λ_i为延时变迁t_i的参数；

通过对延时变迁进行点火操作推动在第Sim_n次仿真过程中系统的运行，步骤如下：

首先，对得到的延迟时间X_i排序，取最小时间对应的延时变迁，用符号T_min和t’分别表示最小时间及其对应的延时变迁；其次，对延时变迁t’进行点火操作：更新系统时间T_sys＝T_sys+T_min，将变迁t’前置集中的托肯移入变迁t’的后置集中；

通过对瞬时变迁进行点火操作推动在第Sim_n次仿真过程中系统的运行，步骤如下：

首先，确定系统中可点火的瞬时变迁，所述瞬时变迁是否可点火的判断方法为：瞬时变迁点火规则：当瞬时变迁的前置集均存在托肯且后置集中有元素不存在托肯时，变迁可点火；一个可点火的瞬时变迁的点火过程为：变迁的前置集中托肯分布不发生变化，在可点火的瞬时变迁后置集中没有托肯的各元素中放置一个托肯；

其次，对可点火的瞬时变迁进行点火操作：可点火的瞬时变迁的前置库所中托肯不变，在可点火的瞬时变迁后置集的各元素中放置一个托肯；

循环执行通过对瞬时变迁进行点火操作推动第Sim_n次仿真过程中系统的运行，直至满足下述两个条件中任意一个，方可结束该运行：

条件1：所建立的系统可靠性模型中不存在可点火的瞬时变迁；

条件2：库所P_Num+1.down存在托肯；

根据库所P_Num+1.down的状态，判断第Sim_n次仿真是否结束；判断方法如下：

若P_Num+1.down不存在托肯，重复所述通过反抽样法依次获得系统中所有可点火的延时变迁的延迟时间，继续执行第Sim_n次仿真；

若P_Num+1.down存在托肯，结束第Sim_n次仿真，且令Sim_n＝Sim_n+1、令SYS[Sim_n]＝T_sys，重复初始化系统状态，开始对系统的下一次仿真；

对所述初始化系统状态、通过反抽样法依次获得系统中所有可点火的延时变迁的延迟时间、通过对延时变迁进行点火操作推动在第Sim_n次仿真过程中系统的运行、通过对瞬时变迁进行点火操作推动在第Sim_n次仿真过程中系统的运行和根据库所P_Num+1.down的状态，判断第Sim_n次仿真是否结束；

累计执行Sim_N次后，统计系统可靠度R；系统在τ时刻的可靠度的统计公式为：

公式中，δ标记系统是否发生故障，当δ＝1时，系统发生故障；当δ＝0时，系统未发生故障。