[发明专利]一种融合现场数据和两阶段加速退化数据的寿命预测方法

权利要求书

1.一种融合现场数据和两阶段加速退化数据的寿命预测方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

S1、选取N个电机绝缘材料作为试验样本进行恒应力加速退化试验，设定n个加速温度应力，将N个电机绝缘材料分为n组，记录第k个加速温度应力下对应n_k个试验样本，在每一个加速温度应力下对相应的试验样本进行恒应力加速退化试验，得到N组加速退化数据，每一组加速退化数据对应为该电机绝缘材料在第k个加速温度应力下并基于各个测量时刻下所得到的加速退化数据序列，k取值为1~n；

S2、根据每一组加速退化数据建立两阶段Wiener过程退化模型，通过SIC确定每一个电机绝缘材料退化过程中变点的区间，基于残差平方和最小准则得到变点的估计值，进而得到了第k个加速温度应力下n_k个电机绝缘材料的n_k个变点位置，假设每一个加速温度应力下的变点位置服从两参数威布尔分布，对第k个加速温度应力下的n_k个变点位置利用极大似然估计法得到该加速温度应力下的变点分布参数，进而得到n组变点分布参数；

S3、根据变点分布参数和加速温度应力之间的变化规律构建变点分布参数的加速模型，建立变点分布参数与加速温度应力之间的矩阵方程，通过求解矩阵方程得到最小二乘估计值，并根据所述最小二乘估计值得到在正常温度应力下两阶段退化过程中的变点分布参数值，并得到正常温度应力下变点的概率密度函数；

S4、对N组加速退化数据构建两阶段Wiener过程退化模型, 在Wiener过程第一阶段中，构建漂移参数和扩散参数与加速温度应力之间的加速退化模型，根据每一个电机绝缘材料变点前的所有加速退化数据建立第一阶段的似然函数，求解得到第一阶段的极大似然估计值，在Wiener过程第二阶段中，构建漂移参数和扩散参数与加速温度应力之间的加速退化模型，根据每一个电机绝缘材料变点后的所有加速退化数据建立第二阶段的似然函数，求解得到第二阶段的极大似然估计值；

S5、根据第一阶段的极大似然估计值和第二阶段的极大似然估计值，得到正常温度应力下两阶段Wiener过程退化模型中两阶段的漂移参数和扩散参数，结合正常温度应力下变点的概率密度函数，并根据预设的性能参数失效阈值，得到正常温度应力下产品寿命的累积分布函数；

S6、获取待测电机绝缘材料在正常温度应力下测量得到的现场退化数据，根据正常温度应力下变点的概率密度函数计算现场退化数据出现变点的置信度，以及根据CUSUM控制图辨识退化过程变点，判断现场退化数据中是否出现变点；

S7、若现场退化数据中出现变点，根据两阶段维纳过程退化模型中漂移参数和扩散参数服从共轭先验分布，将加速退化数据作为先验信息，利用变点前的现场退化数据计算第一阶段的漂移参数和扩散参数的后验期望值，利用变点后的现场退化数据计算第二阶段的漂移参数和扩散参数的后验期望值；

S8、根据第一阶段的漂移参数和扩散参数的后验期望值、以及第二阶段的漂移参数和扩散参数的后验期望值更新正常温度应力下两阶段维纳过程退化模型中两阶段的漂移参数和扩散参数，并得到更新后的正常温度应力下产品寿命的累积分布函数;

其中，所述步骤S3包括：

设T_k为第k个加速温度应力，求出T_k下n_k个电机绝缘材料的变点估计值，假设变点服从两参数威布尔分布，则变点的概率密度函数为：

；

式中，m为形状参数，η为尺度参数；

利用极大似然法进行参数估计，构建参数的似然函数，求解得到形状参数m，尺度参数η的估计值，得到n个加速温度应力下变点服从两参数威布尔的参数估计值；

变点分布参数与加速温度应力之间的变化规律符合Arrhenius模型，第k个加速温度应力T_k下的形状参数m表示为：

；

第k个加速温度应力下T_k的尺度参数η表示为：

；

式中，a₁、a₂、a₃、a₄为待定系数；

建立变点分布参数与加速温度应力之间的矩阵方程为：

；

求解该矩阵方程得到最小二乘估计值，根据最小二乘估计值外推出正常温度应力T₀下两阶段退化过程中的形状参数m₀、尺度参数η₀的参数值为：

；

正常温度应力T₀下变点的概率密度函数表示为：

。