[發明專利]一種考慮隨機沖擊的電路系統失效時間確定方法

有效

• 申請號: 202110550148.2
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113341709B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 金毅;張清源;祖天培
• 申請（專利權）人: 臺州學院;北京航空航天大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州昊澤專利代理事務所(特殊普通合伙) 33449
• 代理人: 黃前澤

本發明公開了一種考慮隨機沖擊的電路系統失效時間確定方法。現有電路失效時間確定方法未考慮隨機沖擊。本發明先確定各元器件的失效率及沖擊載荷閾值初始值，構建仿真模型；再確定各元器件變為開路或短路狀態的狀態轉移率及元器件發生兩類失效模式的相對概率；確定最先觸發失效元器件及觸發失效模式，計算觸發失效的時間間隔及各元器件當前時刻受隨機沖擊作用的失效率，判斷電路系統的輸出信號是否超過閾值，若未超過，將下一個觸發失效的元器件及失效模式注入仿真模型中，若超過，記錄電路系統失效時間；重復循環，將所有電路系統失效時間的均值作為隨機沖擊載荷下的失效時間。本發明考慮沖擊載荷對元器件失效的影響，為電路壽命預測提供支撐。

技術領域

本發明涉及電路系統失效建模及分析技術領域，特別涉及一種考慮隨機沖擊的電路系統失效時間確定方法。

背景技術

電路系統作為主要的核心控制系統，被廣泛應用于航空航天、智能制造、軌道交通等領域。由于電路系統失效導致產品整體失效，甚至引發重大安全事故的問題仍然頻繁發生。分析其原因，主要是由于內部元器件可能受到外部沖擊載荷的作用而發生失效。這類沖擊載荷通常具有隨機特征，體現在沖擊載荷到達的時間和沖擊載荷的大小這兩個方面。其中，元器件的失效行為與沖擊載荷的大小密切相關，一方面沖擊載荷過大將會直接導致元器件失效，另一方面即使外界沖擊載荷未超過元器件失效閾值，也會對元器件產生損傷從而導致失效率增加。并且，沖擊載荷到達時間決定了元器件觸發失效的時刻。這兩類隨機性特征導致對于電路系統失效時間的確定變得更加困難。

當前針對電路系統失效時間的確定方法主要包括兩類：一類是基于數據驅動的方法，該方法基于內外場試驗以及交付后統計得到的失效數據，并通過數理統計手段確定電路系統的失效時間。但是，該方法屬于一種“黑箱”的事后分析方法，無法從原理上認知外界沖擊對于電路系統失效的影響，并且嚴重依賴于大量的失效數據；另一類是基于故障物理的方法，通過借助故障機理模型計算元器件的失效時間，并通過失效時間最短原則確定系統的失效時間。但是，該方法主要針對于耗損型退化機理，而隨機沖擊造成的元器件失效對于系統的影響還未考慮。

發明內容

為了克服現有技術的缺陷，本發明提供了一種考慮隨機沖擊的電路系統失效時間確定方法，該方法從電路內部失效行為入手，考慮了外界沖擊載荷對于元器件失效行為的影響，從而給出了電路系統觸發失效的判斷條件，能夠較為準確地給出最先觸發失效的元器件位置及觸發失效時間，進而確定電路系統在隨機沖擊下的失效時間，為從設計階段開展電路系統設計改進提供指導，對于指導電路元器件選型，保證電路系統持續穩定運行具有十分重要的意義。

本發明提供了一種考慮隨機沖擊的電路系統失效時間確定方法，其包括以下步驟：

S1：對所選定的電路系統開展結構和功能分析，并根據常用電子元器件手冊確定各個元器件的失效率λ_i(t)以及沖擊載荷閾值S_th，i在t＝0時刻的初始值，然后構建電路系統SPICE仿真模型；

S2：設置各個元器件發生開路或短路失效所占該類元器件失效率的比重，進而確定各個元器件從正常狀態轉變為開路狀態的狀態轉移率μ_i(t)或短路狀態的狀態轉移率δ_i(t)；

S3：計算反映各個元器件失效發生難易程度的相對概率rf_i(t)，并進一步確定元器件發生兩類失效模式的相對概率；

S4：對電路內部所有元器件不同失效模式對應的相對概率(按從大到小或從小到大)進行排序，并通過生成(0,1)區間內的隨機數z₁，判斷隨機數所屬相對概率排序區間位置，以此確定最先觸發失效的元器件以及觸發的失效模式；

S5：生成(0，1)區間內的隨機數z₂，并根據電路系統的狀態轉移時刻的概率分布F(t)計算觸發失效的時間間隔τ；