[發明專利]一種考慮狀態檢測影響的設備剩余壽命預測方法及系統

有效

• 申請號: 201910242340.8
• 申請日: 2019-03-28
• 公開（公告）號: CN109977552B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 胡昌華;張正新;司小勝;裴洪;張建勛
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍火箭軍工程大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/04;G06F119/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 杜陽陽

本發明公開一種考慮狀態檢測影響的設備剩余壽命預測方法及系統。方法包括：建立設備自身的退化模型；根據設備自身的退化模型建立狀態檢測影響下的退化模型；采用轉換閾值方法，建立狀態檢測影響下的設備剩余壽命的分布模型；根據狀態檢測影響下的退化模型，得到狀態空間模型；采用最大期望算法對狀態空間模型的參數進行估計，得到估計后的狀態空間模型；根據估計后的狀態空間模型對設備剩余壽命的分布模型進行自適應更新，得到更新后的設備剩余壽命的分布模型；根據更新后的設備剩余壽命的分布模型對設備的剩余壽命進行預測。采用本發明能夠有效克服現有研究難以描述檢測活動與退化過程間定量關系的不足。

技術領域

本發明涉及可靠性工程技術領域，特別是涉及一種考慮狀態檢測影響的設備剩余壽命預測方法及系統。

背景技術

為研究工業設備和軍事裝備的可靠性和剩余壽命，學者們和工程技術人員側重于研究基于性能退化數據的方法。隨著傳感器的不斷升級，性能退化數據(陀螺儀漂移、Li-ion電池電容值等)大多通過狀態檢測技術獲得。然而由于技術或經濟成本的限制，實際工程中的狀態檢測通常并不是連續的，僅在一些離散的時間點對設備進行狀態檢測。對一些特定的隨機退化設備，狀態檢測可能會改變設備的運行應力，從而影響設備的退化過程。然而，現有的方法并未在退化建模及剩余壽命預測的過程中充分考慮狀態檢測對設備退化過程的影響。

不同設備的狀態檢測技術各不相同，因此，狀態檢測對設備退化過程的影響也存在差異。事實上，狀態檢測既有可能加劇設備的運行應力也有可能釋放設備的運行壓力，從而改變設備原有的退化過程。以慣性導航設備中機械陀螺儀為例，在其長期貯存過程中，為保證其性能指標滿足使用需要，需要周期性地對陀螺儀進行狀態檢測。這些狀態檢測需要對陀螺儀通電與加溫，從而引入額外的電應力，并改變陀螺儀所處的溫度場。此外，狀態檢測引入的額外電應力與溫度應力將會影響陀螺儀的性能退化過程。再如，Li-ion電池在電動汽車與混合電動汽車中應用廣泛，其性能在使用過程中也存在類似的現象。作為Li-ion電池的重要性能指標，電容值通常基于對充/放電過程的記錄計算得到。研究表明，除了隨著貯存時間累計，電池的電容會有所下降，充/放電循環也會加速電容的損耗，從而消耗電池的壽命。針對含有此類狀態檢測的退化設備，必須將狀態檢測的影響融入到退化建模過程中，從而提高退化模型的合理性與剩余壽命預測的準確性。為此，需要解決兩個問題：一是如何描述每次狀態檢測對設備退化過程的影響；二是如何將狀態檢測的影響融入到設備的退化模型與剩余壽命預測中。本發明假設相較于兩次狀態檢測之間的時間相隔，單次狀態檢測的持續時間可忽略不計。實際設備大多在離散的時間點進行檢測，因此該假設是合理的。同時，受設備復雜性與運行過程不確定性等因素的共同影響，單次狀態檢測對設備退化過程的影響也具有一定的隨機性。因此，可將狀態檢測對設備退化過程的影響描述為退化過程中的隨機沖擊。需要說明的是，根據每次狀態檢測的間隔是否一致，工程中可將狀態檢測分為周期性狀態檢測和隨機狀態檢測，本發明重點關注周期性狀態檢測，如無特殊說明，狀態檢測均指周期性狀態檢測。周期性檢測中，相鄰兩次檢測的時間間隔相等且為固定值，但單次狀態檢測對設備退化過程的影響是隨機的。

發明內容

本發明的目的是提供一種考慮狀態檢測影響的設備剩余壽命預測方法及系統，采用幅值服從正態分布的隨機沖擊刻畫單次狀態檢測對設備退化水平的影響，有效克服了現有研究難以描述檢測活動與退化過程間定量關系的不足。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種考慮狀態檢測影響的設備剩余壽命預測方法，包括：

采用線性Wiener過程描述法建立設備自身的退化模型；

根據所述設備自身的退化模型采用幅值服從正態分布的隨機沖擊刻畫單次狀態檢測法，建立狀態檢測影響下的退化模型；

采用轉換閾值方法，建立狀態檢測影響下的設備剩余壽命的分布模型；

根據所述狀態檢測影響下的退化模型，得到狀態空間模型；