[發(fā)明專利]一種基于粒子群算法的航天BDR模塊剩余壽命預(yù)測方法

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• 申請日: 2021-12-17
• 公開（公告）號: CN114239373A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田前程;陳海濤;朱兼;丁帥;金超;黃洪鐘;黃軍;劉勇
• 申請（專利權(quán)）人: 上海空間電源研究所
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06N3/00;G06F119/02
• 代理公司: 上海元好知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31323
• 代理人: 完增榮;張雙紅

1.一種基于粒子群算法的航天BDR模塊剩余壽命預(yù)測方法，其特征在于，包括：

S1、對航天BDR模塊的歷史數(shù)據(jù)進行分析，確定影響模塊壽命的關(guān)鍵元器件；

S2、針對關(guān)鍵元器件，開展退化機理分析；

S3、基于退化機理分析，構(gòu)建航天BDR模塊退化機理模型；

S4、計算航天BDR模塊剩余壽命預(yù)測的均方根誤差RMSE，并將其作為粒子群算法的適應(yīng)度函數(shù)，

S5、根據(jù)粒子群適應(yīng)度函數(shù)，計算粒子適應(yīng)度值；

S6、記錄個體和種群的最優(yōu)位置，更新粒子速度和位置，確定個體和種群的全局最優(yōu)位置；

S7、判斷均方根誤差RMSE是否達到最小，若沒有達到最小值，則返回步驟S5，繼續(xù)進行迭代，若達到了最小值或者迭代次數(shù)等于最大迭代次數(shù)，結(jié)束迭代，完成航天BDR模塊的剩余壽命建模。

2.如權(quán)利要求1所述的基于粒子群算法的航天BDR模塊剩余壽命預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟S1具體包括：

S11、收集航天BDR模塊的歷史數(shù)據(jù)，對其展開數(shù)據(jù)分析；

S12、對比可能發(fā)生的故障機理，忽略影響較小的故障因素，從而確定影響模塊壽命的關(guān)鍵元器件。

3.如權(quán)利要求1所述的基于粒子群算法的航天BDR模塊剩余壽命預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括：

S21、考慮工作時間和工作溫度，利用阿倫尼烏斯模型，對電阻開展退化機理分析，表達式為：

其中，ΔR、R分別t時刻的電阻差值和電阻值，T為溫度，B、C、D和F都是常數(shù)；

S22、考慮工作溫度，利用阿倫尼烏斯模型，對電容開展退化機理分析，表達式為：

c＝A·exp(-E/kT)

其中，c為電容，T為溫度，E為電容兩端電壓，A和k為常數(shù)；

S23、將電感值作為電感的故障特征參數(shù)，對電感開展退化機理分析，表達式為：

L(t)＝L₀-λt

其中，L(t)為t時刻的電感值，L₀為初始時刻電感的標稱值，λ為退化模型參數(shù)；

S24、將導(dǎo)通電阻間接作為反映功率二極管退化程度的故障特征參數(shù)，對功率二極管開展退化機理分析，表達式為：

ΔR_D＝a·[e^b·t-1]

其中，ΔR_D t時刻的導(dǎo)通電阻，a和b為常數(shù)；

S25、不考慮封裝結(jié)構(gòu)失效，只考慮芯片結(jié)構(gòu)失效的情況下，對MOSFET開展退化機理分析，表達式為：

其中，ΔV_th是器件剛開始導(dǎo)通時的柵源極電壓，C_ox為氧化層電容，ΔQ_ot和ΔQ_it分別表示氧化層陷阱電荷和界面態(tài)陷阱電荷的數(shù)目的變化量。

4.如權(quán)利要求1所述的基于粒子群算法的航天BDR模塊剩余壽命預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括：

S31、建立基于濕熱的退化模型，表達式為：

其中，L(H,T)代表的是濕熱老化壽命，b和c均為待定模型參數(shù)，A為常數(shù)，H是相對濕度，T為絕對溫度；

S32、基于退化模型，利用最小二乘法實現(xiàn)參數(shù)辨識確定退化模型的參數(shù)；

S33、考慮到數(shù)據(jù)存在誤差，利用RANSAC算法進行異常值剔除；

S34、將剔除異常值的數(shù)據(jù)再次進行擬合，并將擬合結(jié)果的退化模型外推到失效閾值，得到關(guān)鍵元器件的失效時間，從而獲得過的關(guān)鍵元器件的剩余使用壽命預(yù)測值。

5.如權(quán)利要求1所述的基于粒子群算法的航天BDR模塊剩余壽命預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟S4具體包括：

S41、根據(jù)步驟S3所得的剩余使用壽命的預(yù)測值，計算航天BDR模塊剩余壽命預(yù)測的均方根誤差RMSE；

所述均方根誤差RMSE公式如下：

其中n代表預(yù)測次數(shù)，x(i)代表航天BDR模塊實際的壽命，代表航天BDR模塊的預(yù)測壽命；

S42、將均方根誤差作為粒子群算法的適應(yīng)度函數(shù)。