模糊分析應(yīng)用于月球車機(jī)構(gòu)電機(jī)可靠性研究

    陳楠，竇滿鋒

    (西北1二業(yè)大學(xué)，陜西西安710072)

    摘要：針對月球環(huán)境的前提，對單結(jié)構(gòu)、雙余度有刷直流電動(dòng)機(jī)建立結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)模型，用模糊算法進(jìn)行可靠性對比研究。在概率運(yùn)算的基礎(chǔ)上，引入模糊算子，采用故障樹的模糊分析法，分別進(jìn)行可靠性的模糊分析和模糊評價(jià)。

    關(guān)鍵詞：月球車；可靠性；模糊分析；直流電動(dòng)機(jī)

0引  言

    月球車一類空間行走器在深空探測任務(wù)中擔(dān)任重要角色，在月球車機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)方面，稀土永磁有刷直流電動(dòng)機(jī)以輸出轉(zhuǎn)矩大、能夠頻繁開關(guān)機(jī)、高低溫適應(yīng)性強(qiáng)及正反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)方便的優(yōu)越性而得到應(yīng)用，特別在月球表面高度真空并且高低溫劇烈變化的環(huán)境中，有刷直流電動(dòng)機(jī)可靠性高、控制方便的優(yōu)勢更為明顯。

    月球車任務(wù)對每個(gè)結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)的可靠性有極高的要求，其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的直流電動(dòng)機(jī)尤其關(guān)鍵。為了充分了解使用中的可靠程度以決定可行性方案，就需要做好故障分析和可靠性研究。本文分別以單余度電機(jī)和雙余度電機(jī)為研究對象進(jìn)行可靠性研究分析，并定量比較，得出結(jié)論。由于設(shè)計(jì)技術(shù)和使用環(huán)境的復(fù)雜性，其間有諸多的不確定性因素影響著直流電動(dòng)機(jī)工作的壽命和可靠性，則考慮運(yùn)用非確定性的數(shù)學(xué)方法，即在概率運(yùn)算基礎(chǔ)上進(jìn)行模糊分析，分別采用結(jié)構(gòu)故障樹模糊分析法和系統(tǒng)模糊預(yù)計(jì)分析對兩者進(jìn)行研究。在一定程度上了解非確定性因素造成的影響，從而對此種電機(jī)應(yīng)用的可靠性和可行性作出評價(jià)。

1空間直流電動(dòng)機(jī)模糊可靠性

1 1電機(jī)結(jié)構(gòu)故障樹的模糊分析

1．1．1故障樹模糊分析

    故障樹分析以布爾代數(shù)為基礎(chǔ)，把事件的概率處理為精確值，在通常的可靠性分析中具有其優(yōu)越性。然而此處電機(jī)工作月球環(huán)境的模糊性以及數(shù)據(jù)的不精確，都會(huì)對電機(jī)故障發(fā)生的概率產(chǎn)生影響，因此難以用一精確值來表示故障發(fā)生的概率。此時(shí)，就可以對故障樹進(jìn)行模糊分析。

    模糊分析法在充分利用先由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的同時(shí)，在一定程度上允許描述誤差的存在，不存在精確值的局限性，因而具有較大的靈活性和適應(yīng)性。

    在空間電機(jī)可靠性工程上，需估計(jì)的是可靠性的可信程度，而并非一定要用精確值表示系統(tǒng)發(fā)生故障的概率。

    故障樹模糊分析中是用空間電機(jī)故障模糊數(shù)描述事件發(fā)生的概率，可以更好地發(fā)揮工程經(jīng)驗(yàn)和主觀判斷。模糊數(shù)強(qiáng)調(diào)的是經(jīng)驗(yàn)在系統(tǒng)可靠性分析和評價(jià)中的重要性。其隸屬函數(shù)主要根據(jù)人的經(jīng)驗(yàn)，憑判斷選取，其結(jié)果的可信度比精確值表示的可靠度更接近于真實(shí)程度。

l 1．2單余度電機(jī)結(jié)構(gòu)故障樹模型

由單余度電機(jī)結(jié)構(gòu)建立的故障樹模型如圖l所示。

l l 3定義由模糊數(shù)表示電機(jī)結(jié)構(gòu)單元故障概率

令電機(jī)各單元故障發(fā)生率為線性模糊數(shù)，由p表示“大約為m”的實(shí)數(shù)域內(nèi)的模糊數(shù)，則該模糊數(shù)可用三元組(m，α，β)表示，m為模糊數(shù)的均值，d、β為模糊數(shù)的左右分布參數(shù)；由參數(shù)構(gòu)成的區(qū)間覆蓋模糊數(shù)p的隸屬度。隸屬度函數(shù)成線性變化。α、β可根據(jù)模糊性、經(jīng)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)選取。可將模糊數(shù)p表示為：p=(m-α；m，m+β)。

根據(jù)航天電機(jī)參考資料和同類產(chǎn)品對比分析，以各單元故障概率為基本事件的模糊數(shù)參數(shù)如表1所示，此處α、β按照概率原則選取。

1．1 4引入模糊算子進(jìn)行分析

(1)故障樹中的與門模糊算子

如果事件i發(fā)生的概率為一模糊數(shù)p，則與門模糊算子可記為：

即與門的輸出為一模糊數(shù)，三參數(shù)為

由線性模糊數(shù)的代數(shù)運(yùn)算法則可確定如下：

(2)故障樹中的或門模糊算子

如果事件i發(fā)生的概率為一模糊數(shù)p，則或門模糊算子可記為：

即或門的輸出為一模糊數(shù)，三參數(shù)為P^α_OR，P^α_OR和P