模糊分析应用于月球车机构电机可靠性研究
陈楠,窦满锋
(西北1二业大学,陕西西安710072)
摘要:针对月球环境的前提,对单结构、双余度有刷直流电动机建立结构、系统模型,用模糊算法进行可靠性对比研究。在概率运算的基础上,引入模糊算子,采用故障树的模糊分析法,分别进行可靠性的模糊分析和模糊评价。
关键词:月球车;可靠性;模糊分析;直流电动机
0引 言
月球车一类空间行走器在深空探测任务中担任重要角色,在月球车机构驱动方面,稀土永磁有刷直流电动机以输出转矩大、能够频繁开关机、高低温适应性强及正反转调节方便的优越性而得到应用,特别在月球表面高度真空并且高低温剧烈变化的环境中,有刷直流电动机可靠性高、控制方便的优势更为明显。
月球车任务对每个结构环节的可靠性有极高的要求,其驱动机构中的直流电动机尤其关键。为了充分了解使用中的可靠程度以决定可行性方案,就需要做好故障分析和可靠性研究。本文分别以单余度电机和双余度电机为研究对象进行可靠性研究分析,并定量比较,得出结论。由于设计技术和使用环境的复杂性,其间有诸多的不确定性因素影响着直流电动机工作的寿命和可靠性,则考虑运用非确定性的数学方法,即在概率运算基础上进行模糊分析,分别采用结构故障树模糊分析法和系统模糊预计分析对两者进行研究。在一定程度上了解非确定性因素造成的影响,从而对此种电机应用的可靠性和可行性作出评价。
1空间直流电动机模糊可靠性
1 1电机结构故障树的模糊分析
1.1.1故障树模糊分析
故障树分析以布尔代数为基础,把事件的概率处理为精确值,在通常的可靠性分析中具有其优越性。然而此处电机工作月球环境的模糊性以及数据的不精确,都会对电机故障发生的概率产生影响,因此难以用一精确值来表示故障发生的概率。此时,就可以对故障树进行模糊分析。
模糊分析法在充分利用先由统计数据的同时,在一定程度上允许描述误差的存在,不存在精确值的局限性,因而具有较大的灵活性和适应性。
在空间电机可靠性工程上,需估计的是可靠性的可信程度,而并非一定要用精确值表示系统发生故障的概率。
故障树模糊分析中是用空间电机故障模糊数描述事件发生的概率,可以更好地发挥工程经验和主观判断。模糊数强调的是经验在系统可靠性分析和评价中的重要性。其隶属函数主要根据人的经验,凭判断选取,其结果的可信度比精确值表示的可靠度更接近于真实程度。
l 1.2单余度电机结构故障树模型
由单余度电机结构建立的故障树模型如图l所示。
l l 3定义由模糊数表示电机结构单元故障概率
令电机各单元故障发生率为线性模糊数,由p表示“大约为m”的实数域内的模糊数,则该模糊数可用三元组(m,α,β)表示,m为模糊数的均值,d、β为模糊数的左右分布参数;由参数构成的区间覆盖模糊数p的隶属度。隶属度函数成线性变化。α、β可根据模糊性、经验和统计数据选取。可将模糊数p表示为:p=(m-α;m,m+β)。
根据航天电机参考资料和同类产品对比分析,以各单元故障概率为基本事件的模糊数参数如表1所示,此处α、β按照概率原则选取。
1.1 4引入模糊算子进行分析
(1)故障树中的与门模糊算子
如果事件i发生的概率为一模糊数p,则与门模糊算子可记为:
即与门的输出为一模糊数,三参数为  
由线性模糊数的代数运算法则可确定如下:
(2)故障树中的或门模糊算子
如果事件i发生的概率为一模糊数p,则或门模糊算子可记为:
即或门的输出为一模糊数,三参数为P αOR,P αOR和P |