某型慣性測(cè)量組合故障傳播機(jī)理與建模分析

李 強(qiáng)， 呂克洪， 劉冠軍， 邱 靜

(1.國(guó)防科技大學(xué) 智能科學(xué)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410073；2.國(guó)防科技大學(xué) 裝備綜合保障技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410073)

航空機(jī)電控制系統(tǒng)中的各單元之間在結(jié)構(gòu)、功能上存在著相互滲透的復(fù)雜關(guān)系，由于這種復(fù)雜關(guān)系，一旦某個(gè)功能單元發(fā)生故障，這種故障信息必將傳播給下一個(gè)單元，故障沿著系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行橫向擴(kuò)散、縱向演化，最終引起整個(gè)系統(tǒng)功能的失效[1]。機(jī)電控制系統(tǒng)中的故障通常具有復(fù)雜多樣性、傳播性和不確定性等特點(diǎn)[2]，故障的這些特性增加了故障傳播過(guò)程分析的復(fù)雜性，給航空器的安全維護(hù)帶來(lái)挑戰(zhàn)。

慣性測(cè)量組合是航空機(jī)電控制系統(tǒng)中的重要組成部分，主要通過(guò)計(jì)算航空器的位置、速度和方向來(lái)實(shí)現(xiàn)航空器的姿態(tài)測(cè)量和導(dǎo)航[3-4]。慣性測(cè)量組合中包含大量電路以及用于測(cè)量的傳感器，這些傳感器和電路受制造精度、振動(dòng)和溫度等航空環(huán)境的影響，極易發(fā)生故障[5]。又由于慣性測(cè)量組合自身高度耦合、相互關(guān)聯(lián)的功能結(jié)構(gòu)關(guān)系，使得這些原始小故障易發(fā)生傳播，進(jìn)而演化成大故障，最終造成慣性測(cè)量組合的功能失效，給航空器帶來(lái)巨大安全隱患。因此，以某型慣性測(cè)量組合為對(duì)象進(jìn)行故障傳播模型構(gòu)建有助于理清慣性測(cè)量組合故障的傳播機(jī)理和影響。

本文根據(jù)某型慣性測(cè)量組合的功能結(jié)構(gòu)，針對(duì)故障傳播過(guò)程不清晰的問(wèn)題，分析了該慣性測(cè)量組合故障傳播路徑的復(fù)雜多樣性和故障傳播的不確定性。多信號(hào)流圖能夠描述故障傳播的路徑，故障擴(kuò)散強(qiáng)度函數(shù)能夠解決故障傳播的不確定性問(wèn)題。利用自行開(kāi)發(fā)的“機(jī)電系統(tǒng)故障傳播建模仿真分析軟件”以該型慣性測(cè)量組合為對(duì)象，建立基于故障擴(kuò)散強(qiáng)度函數(shù)的多信號(hào)流模型，并進(jìn)行可視化的故障傳播過(guò)程仿真分析，最后用故障注入-故障傳播試驗(yàn)驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。研究結(jié)果表明，所建立的模型能夠?yàn)閼T性測(cè)量組合故障傳播機(jī)理分析奠定理論基礎(chǔ)，減少航空重大事故的發(fā)生，對(duì)設(shè)備使用人員更好地管裝用裝具有重要意義。

1 某型慣性測(cè)量組合故障傳播過(guò)程分析

針對(duì)某型慣性測(cè)量組合故障傳播過(guò)程存在的兩點(diǎn)突出問(wèn)題(故障傳播路徑的復(fù)雜多樣性和故障傳播的不確定性)，分別從故障傳播路徑分析和故障傳播不確定性分析這兩個(gè)方面對(duì)航空機(jī)電控制系統(tǒng)中的故障傳播過(guò)程進(jìn)行機(jī)理分析。

1.1 某型慣性測(cè)量組合功能結(jié)構(gòu)介紹

某型慣性測(cè)量組合是航空機(jī)電控制系統(tǒng)中的重要組成部分，用于航空器的姿態(tài)測(cè)量與導(dǎo)航定位。它主要由電源、濾波放大電路、陀螺、加速度計(jì)等9個(gè)部分組成。其中陀螺儀和加速度計(jì)用于測(cè)量空間坐標(biāo)軸上的角速度增量和線速度增量，最后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路將信息傳遞給中心信息處理器，從而實(shí)現(xiàn)航空器的姿態(tài)測(cè)量和導(dǎo)航。具體的結(jié)構(gòu)功能框圖如圖1所示。

圖1 某型慣性測(cè)量組合結(jié)構(gòu)圖

1.2 某型慣性測(cè)量組合故障分析

為了對(duì)某型慣性測(cè)量組合的故障傳播過(guò)程進(jìn)行分析，首先需要明確該慣性測(cè)量組合的故障發(fā)生位置、故障模式、故障發(fā)生概率等信息。在對(duì)該慣性測(cè)量組合進(jìn)行FMECA分析的基礎(chǔ)上，得到與該慣性測(cè)量組合相關(guān)的故障信息，分析得到的故障信息數(shù)據(jù)如表1所示[6]。

表1 某慣性測(cè)量組合故障信息

1.3 某型慣性測(cè)量組合故障傳播路徑分析

通過(guò)對(duì)慣性測(cè)量組合的功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析可知，慣性測(cè)量組合中含有大量結(jié)構(gòu)復(fù)雜的功能電路和高精度的傳感器，因此，慣性測(cè)量組合中各單元之間的故障傳播路徑具有復(fù)雜多樣性，往往不是簡(jiǎn)單的一對(duì)一關(guān)系，而是一對(duì)多、多對(duì)一等復(fù)雜關(guān)系。一般故障傳播路徑研究中將故障傳播路徑分為3種基本形式：匯聚形式、發(fā)散形式、冗余形式[7]。為便于清晰地研究慣性測(cè)量組合中故障的傳播路徑，也可引入該方法，例如該慣性測(cè)量組合中就存在圖2所示的兩種故障傳播路徑基本形式，然后再結(jié)合串、并聯(lián)就可以從傳播形式上清晰、全面地描述慣性測(cè)量組合中故障的傳播路徑。

圖2 慣性測(cè)量組合故障傳播路徑基本形式

故障在慣性測(cè)量組合中傳播的本質(zhì)是異常信號(hào)沿著系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳播的[8]，因此，可以從故障的這個(gè)本質(zhì)特征入手，將慣性測(cè)量組合中的信號(hào)分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，從本質(zhì)上深入研究慣性測(cè)量組合中故障的傳播路徑。數(shù)字電路故障的傳播主要按照電路的拓?fù)渎窂竭M(jìn)行傳播，通過(guò)研究分析對(duì)數(shù)字電路故障傳播的基本規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，如表2所示。例如，該慣性測(cè)量組合中一次電源和二次電源通過(guò)線路連接，當(dāng)一次電源發(fā)生濾波無(wú)輸出故障時(shí)(即發(fā)生固低故障)，固低故障沿著線路直接傳播，導(dǎo)致整個(gè)二次電源發(fā)生無(wú)輸出故障(即發(fā)生固低故障)。

表2 數(shù)字電路故障傳播基本規(guī)律

模擬電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定了信號(hào)的流向，因此，模擬電路的故障傳播路徑與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密切相關(guān)[9]。模擬電子線路的故障傳播，如圖3所示，該慣性測(cè)量組合中，當(dāng)一次電源斷路時(shí)，將造成X軸陀螺儀、X軸加速度計(jì)、A/D轉(zhuǎn)換電路無(wú)輸出，但是當(dāng)X軸陀螺儀無(wú)輸出時(shí)，并不會(huì)影響A/D轉(zhuǎn)換電路。模擬電路中的電子元器件的故障傳播規(guī)律也與電子元器件的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)，例如：該型慣性測(cè)量組合A/D轉(zhuǎn)換電路中的電阻器不會(huì)發(fā)生頻帶故障，但是能夠傳播這種故障，并且能向任意非低阻抗節(jié)點(diǎn)端傳播一般故障；當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換電路中的電容器發(fā)生故障時(shí)，它可以向任意非低阻抗節(jié)點(diǎn)端傳播交流故障；當(dāng)該型慣性測(cè)量組合中的X軸陀螺儀再平衡放大組合僅發(fā)生一個(gè)故障時(shí)，該故障不能向低阻抗節(jié)點(diǎn)端進(jìn)行傳播。

圖3 慣性測(cè)量組合一次電源斷路時(shí)故障傳播有向圖

對(duì)故障傳播路徑進(jìn)行分析可知，借鑒信息論的相關(guān)思想，用多信號(hào)流的方式可以對(duì)故障的傳播路徑進(jìn)行很好的描述。

1.4 某型慣性測(cè)量組合故障傳播不確定性分析

在實(shí)際工程環(huán)境中由于溫度、濕度、振動(dòng)等環(huán)境因素的不確定性，通常會(huì)使系統(tǒng)中關(guān)鍵元器件的參數(shù)、單元間的連接系數(shù)等發(fā)生變化[10]，這些因素都會(huì)造成故障傳播路徑的不確定性。故障傳播路徑的不確定性可以根據(jù)故障的傳播形式分為兩類(lèi)：① 具有連接關(guān)系的兩個(gè)單元之間并不一定會(huì)發(fā)生故障傳播關(guān)系，如圖4所示，雖然X軸陀螺儀與YZ軸陀螺儀之間存在功能關(guān)系連接，但是當(dāng)X軸陀螺儀發(fā)生X軸零位漂移故障時(shí)，故障不一定會(huì)傳播給YZ軸陀螺儀(X軸零位漂移故障與時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān))；② 當(dāng)某個(gè)單元發(fā)生故障時(shí)，由于故障影響度甚小，導(dǎo)致故障不一定能夠發(fā)生傳播行為，但是當(dāng)多個(gè)單元發(fā)生故障時(shí)，由于故障的累積效應(yīng)，導(dǎo)致故障能夠往下節(jié)點(diǎn)傳播。如圖5所示，由于振動(dòng)等環(huán)境因素使Y軸加速度計(jì)發(fā)生零位漂移故障，尚未引起Z軸加速度計(jì)發(fā)生零位漂移故障，但是當(dāng)YZ軸也發(fā)生零位漂移故障時(shí)，使得Z軸加速度計(jì)也發(fā)生了零位漂移故障。

圖4 故障傳播不確定性形式1

圖5 故障傳播不確定性形式2

傳統(tǒng)的故障傳播關(guān)系通常僅分為兩種：當(dāng)兩單元間不能發(fā)生故障傳播關(guān)系時(shí)用0表示；當(dāng)能發(fā)生故障傳播關(guān)系時(shí)用1表示。這種描述方式忽略了故障傳播過(guò)程的不確定性。為了充分考慮故障傳播過(guò)程中的不確定性問(wèn)題，可以引入故障擴(kuò)散強(qiáng)度函數(shù)進(jìn)行定量分析。故障擴(kuò)散強(qiáng)度函數(shù)能夠表征故障的傳播能力，故障節(jié)點(diǎn)間的擴(kuò)散強(qiáng)度函數(shù)越大，故障越易通過(guò)該節(jié)點(diǎn)間的路徑進(jìn)行傳播[11]。

2 某型慣性測(cè)量組合故障傳播建模與分析

針對(duì)某型慣性測(cè)量組合故障傳播過(guò)程中存在的兩點(diǎn)突出問(wèn)題，在故障傳播過(guò)程機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，采用多信號(hào)流圖的思想解決故障傳播路徑的復(fù)雜多樣性問(wèn)題，采用故障擴(kuò)散強(qiáng)度函數(shù)解決故障傳播的不確定性問(wèn)題。下面將以某型慣性測(cè)量組合為對(duì)象，利用自行開(kāi)發(fā)的“機(jī)電系統(tǒng)故障傳播建模仿真分析軟件”構(gòu)建基于故障擴(kuò)散強(qiáng)度函數(shù)的多信號(hào)流模型。

2.1 多信號(hào)流圖模型

多信號(hào)流圖模型在系統(tǒng)分層的基礎(chǔ)上，考慮節(jié)點(diǎn)間信號(hào)的傳遞關(guān)系，能夠較好地描述故障在系統(tǒng)中的傳播關(guān)系，多信號(hào)流圖的描述元素包括：模塊集、故障模式集、故障集、有向邊集[12]。

2.2 故障擴(kuò)散強(qiáng)度函數(shù)

當(dāng)慣性測(cè)量組合中某個(gè)單元發(fā)生故障fi時(shí)，故障能否傳播到下一單元引起故障fj與3個(gè)因素有關(guān)：故障fi發(fā)生的概率水平、故障fi的強(qiáng)度、故障fi與故障fj之間的關(guān)聯(lián)度。因此，在對(duì)某型慣性測(cè)量組合故障傳播過(guò)程進(jìn)行分析時(shí)，引入故障擴(kuò)散強(qiáng)度函數(shù)I來(lái)綜合考慮這3個(gè)因素，進(jìn)而刻畫(huà)故障傳播路徑的復(fù)雜多樣性和故障傳播的不確定性。兩節(jié)點(diǎn)間的故障擴(kuò)散強(qiáng)度表征節(jié)點(diǎn)間故障的傳播能力，當(dāng)故障擴(kuò)散強(qiáng)度越大時(shí)，故障越易在兩節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行傳播[13]。

節(jié)點(diǎn)間故障擴(kuò)散強(qiáng)度的求取方法具體如下。

(1) 相鄰兩節(jié)點(diǎn)間的故障擴(kuò)散強(qiáng)度采用單步故障擴(kuò)散算法求取[14]。

Ii,j=piwidi,j

(1)

式中，Ii,j為相鄰兩節(jié)點(diǎn)(對(duì)應(yīng)的故障為fi與fj)之間的故障擴(kuò)散強(qiáng)度函數(shù)值；pi為故障fi發(fā)生的概率水平，該值的大小與故障的故障率密切相關(guān)；wi為故障fi的強(qiáng)度，故障強(qiáng)度表示故障發(fā)生的強(qiáng)弱，具體的故障強(qiáng)度需要根據(jù)故障的信號(hào)或征兆來(lái)確定；di,j為故障fi與故障fj之間的關(guān)聯(lián)度，其值與兩故障所對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)之間的物理連接或邏輯耦聯(lián)有關(guān)(受環(huán)境等外界因素影響，例如振動(dòng)環(huán)境使兩節(jié)點(diǎn)之間的物理連接度發(fā)生變化)。

(2) 任意兩節(jié)點(diǎn)間故障擴(kuò)散強(qiáng)度I通過(guò)累積求和的方法求取。

在求得相鄰兩節(jié)點(diǎn)之間的故障擴(kuò)散強(qiáng)度函數(shù)值Ii,j后就可以根據(jù)任意節(jié)點(diǎn)間的串、并聯(lián)關(guān)系求取任意兩節(jié)點(diǎn)之間的故障擴(kuò)散強(qiáng)度值(故障傳播節(jié)點(diǎn)間串、并聯(lián)關(guān)系如圖6所示)。

圖6 故障傳播的串、并聯(lián)路徑圖

① 如果多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間存在串聯(lián)路徑關(guān)系，兩節(jié)點(diǎn)間的故障擴(kuò)散強(qiáng)度函數(shù)值為所有相鄰節(jié)點(diǎn)擴(kuò)散強(qiáng)度的乘積，即可表示為

(2)

式中,j=i+1，為故障節(jié)點(diǎn)Vi與Vj為兩相鄰節(jié)點(diǎn)；n為第k條串聯(lián)路徑上的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；Ik為兩節(jié)點(diǎn)間第k條串聯(lián)路徑上的故障擴(kuò)散強(qiáng)度和。

② 如果多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間既存在串聯(lián)路徑又存在并聯(lián)路徑關(guān)系，兩節(jié)點(diǎn)間的故障擴(kuò)散強(qiáng)度函數(shù)值在求得其串聯(lián)路徑部分故障擴(kuò)散強(qiáng)度的基礎(chǔ)上再將并聯(lián)部分進(jìn)行相加，即可表示為

(3)

式中,m為并聯(lián)路徑的條數(shù)；I為串、并聯(lián)路徑共存的任意兩節(jié)點(diǎn)間的故障擴(kuò)散強(qiáng)度值。

基于上述串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)的傳播路徑分析和擴(kuò)散強(qiáng)度計(jì)算，最后對(duì)結(jié)果進(jìn)行歸一化處理，得到統(tǒng)一尺度下故障擴(kuò)散強(qiáng)度函數(shù)。

2.3 基于故障擴(kuò)散強(qiáng)度函數(shù)的多信號(hào)流模型描述

基于故障擴(kuò)散強(qiáng)度函數(shù)的多信號(hào)流圖組成元素的具體描述如下。

① 系統(tǒng)的功能模塊集合M={m1,m2,…,mn}，系統(tǒng)的功能模塊根據(jù)系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分(例如圖1對(duì)某慣性測(cè)量組合模塊的劃分)。

② 故障節(jié)點(diǎn)集N={n1,n2,…,nm}，其中nm表示所有的故障節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。

③ 故障模式集F={f1,f2,...,fm}，假設(shè)每個(gè)故障節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一種故障模式。為故障fi定義3個(gè)屬性：pi(fi)為故障fi發(fā)生的概率水平；wi(fi)為故障fi的強(qiáng)度；PF(fi)為故障fi可能傳播的故障模式集，通過(guò)分析系統(tǒng)中與故障fi所在單元節(jié)點(diǎn)存在功能結(jié)構(gòu)關(guān)系的單元得到。

④ 有向邊集E={ei,j},(1≤i,j≤n)，有向邊表示故障節(jié)點(diǎn)間的連接與傳播關(guān)系，即由故障fi傳向fj。為有向邊定義2個(gè)屬性：di,j為故障fi與fj之間的關(guān)聯(lián)度，與節(jié)點(diǎn)間的信號(hào)關(guān)聯(lián)度有關(guān)，同時(shí)還受外界環(huán)境影響；Ii,j為故障fi與fj之間的故障擴(kuò)散強(qiáng)度函數(shù)，其值為Ii,j=piwidi,j。

通過(guò)判決條件:I>L(閾值，由故障專(zhuān)家給出)是否成立就可以得出故障在兩節(jié)點(diǎn)間是否發(fā)生傳播關(guān)系，當(dāng)條件成立時(shí)，說(shuō)明存在傳播關(guān)系，否則不存在。

2.4 建模與分析

自行開(kāi)發(fā)的“機(jī)電系統(tǒng)故障傳播建模仿真分析軟件”充分考慮了機(jī)電控制系統(tǒng)的層級(jí)結(jié)構(gòu)，具備分層建模的能力，同時(shí)考慮邏輯與、開(kāi)關(guān)等復(fù)雜結(jié)構(gòu)情況，可以進(jìn)行可視化的故障傳播過(guò)程仿真分析，同時(shí)，該軟件還具備機(jī)電控制系統(tǒng)的測(cè)試性分析能力、診斷策略構(gòu)建能力。

利用自行開(kāi)發(fā)的仿真分析軟件以某型慣性測(cè)量組合為對(duì)象，構(gòu)建了9個(gè)模塊共計(jì)29個(gè)故障模式的三層(分別為導(dǎo)航系統(tǒng)層、姿態(tài)測(cè)量分系統(tǒng)層、慣性測(cè)量組合單元1)基于故障擴(kuò)散強(qiáng)度函數(shù)的多信號(hào)流模型。由于整個(gè)慣性測(cè)量組合故障模式多，建模分析過(guò)程復(fù)雜且內(nèi)容過(guò)多，故以該慣性測(cè)量組合中二次電源、X軸陀螺儀、YZ軸陀螺儀、再放大器組合和A/D轉(zhuǎn)換電路為例，研究故障在它們之間的傳播關(guān)系，利用建模仿真軟件建立的基于故障擴(kuò)散強(qiáng)度函數(shù)多信號(hào)流模型如圖7所示，通過(guò)建模仿真軟件分析得到的故障傳播關(guān)系如表3所示(繼發(fā)故障是由相應(yīng)的原始故障引起的，表3中故障編碼對(duì)應(yīng)的故障模式與表1一致)。

圖7 某型慣性測(cè)量組合的基于故障擴(kuò)散強(qiáng)度函數(shù)多信號(hào)流模型

表3 建模分析所得慣性測(cè)量組合中部分故障傳播關(guān)系

由于二次電源故障模式較多，故以二次電源中的三相方波電源無(wú)輸出故障為例進(jìn)行詳細(xì)分析說(shuō)明：二次電源中的三相電源發(fā)生無(wú)輸出故障，故障傳播給X軸、YZ軸陀螺儀，使X軸、YZ軸陀螺儀分別發(fā)生X軸無(wú)輸出、YZ軸無(wú)輸出故障，然后再傳播給陀螺再平衡放大器組合，使陀螺再平衡放大器組合發(fā)生信號(hào)放大器無(wú)輸出故障，最后傳播給A/D轉(zhuǎn)換電路，使裝備的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)參數(shù)發(fā)生錯(cuò)誤，即當(dāng)二次電源發(fā)生三相方波電源無(wú)輸出故障時(shí)，故障的傳播路徑如圖8所示。

圖8 三相方波電源無(wú)輸出故障傳播路徑圖

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

在對(duì)該型慣性測(cè)量組合的故障傳播進(jìn)行建模仿真分析后將進(jìn)行“故障注入-故障傳播”試驗(yàn)，以驗(yàn)證建模仿真分析的故障傳播結(jié)果的正確性，具體的試驗(yàn)對(duì)象如圖9所示。

圖9 某慣性測(cè)量組合內(nèi)部的電路板

3.1 試驗(yàn)過(guò)程

考慮到故障注入的可行性和破壞性，實(shí)物試驗(yàn)共選取了表1中便于故障注入的7個(gè)無(wú)輸出類(lèi)的故障模式(分別為f1，f10，f12，f13，f16，f17，f18)和X軸陀螺儀X軸零位漂移故障(f11)共計(jì)8個(gè)故障模式，每個(gè)故障模式注入6次，得48個(gè)試驗(yàn)樣本。其中無(wú)輸出類(lèi)故障的注入方法為斷開(kāi)輸出端，X軸陀螺儀X軸零位漂移故障注入方法為軟件故障注入模擬(解算程序中疊加一個(gè)0.01°零漂值)。

以該慣性測(cè)量組合中Y軸陀螺儀和二次電源兩個(gè)位置的故障為例，對(duì)應(yīng)的故障模式分別是Y軸無(wú)輸出(故障模式編碼為f12)和三相方波電源無(wú)輸出(故障模式編碼為f1)。試驗(yàn)過(guò)程中采用的故障注入方式分別為手動(dòng)切斷Y軸陀螺儀的信號(hào)輸入和手動(dòng)切斷三相方波電源，該注入方式具有很好的可控性，能夠準(zhǔn)確控制故障注入到需要的地方。在準(zhǔn)確進(jìn)行故障注入后再通過(guò)萬(wàn)用表等儀器檢測(cè)電路中各模塊的信號(hào)(如圖10所示)，通過(guò)信號(hào)的異常來(lái)判斷故障的傳播途徑，得出試驗(yàn)得到的繼發(fā)故障集，最后再將試驗(yàn)得到的繼發(fā)故障集與建模分析得到的繼發(fā)故障集進(jìn)行比較以驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。對(duì)某型慣性測(cè)量組合中Y軸陀螺儀無(wú)輸出和二次電源中三相方波電源無(wú)輸出兩種故障模式的故障進(jìn)行傳播驗(yàn)證的試驗(yàn)圖如圖10所示。

圖10 某慣性測(cè)量組合故障傳播試驗(yàn)圖

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)每次故障注入后對(duì)后續(xù)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，統(tǒng)計(jì)每次試驗(yàn)的后繼故障集，試驗(yàn)所得后繼故障集如表4所示。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析知：無(wú)輸出類(lèi)故障的42個(gè)故障樣本理論與試驗(yàn)結(jié)果完全一致，陀螺儀的X軸零位漂移故障的6個(gè)故障樣本理論與試驗(yàn)結(jié)果不一致。

表4 慣性測(cè)量組合故障傳播分析試驗(yàn)的故障注入樣本表

對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可知，無(wú)輸出類(lèi)的故障傳播確定性較強(qiáng)，試驗(yàn)結(jié)果與理論分析一致，零位漂移類(lèi)的故障存在一定的不確定性。

3.3 指標(biāo)計(jì)算

依據(jù)48個(gè)模擬的故障檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)，直接進(jìn)行單點(diǎn)估計(jì)得到故障傳播模型的準(zhǔn)確率為：42/48=87.5%。

考慮到在樣本選擇和試驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中存在一定的置信度，可以根據(jù)二項(xiàng)分布單側(cè)置信下限估計(jì)方法計(jì)算故障傳播模型的正確率指標(biāo)(取置信度0.8)，準(zhǔn)確率的計(jì)算式為

式中,n為樣本量(48);F為檢測(cè)失敗次數(shù)(3);C為置信度(0.8);qL為解模糊能力指標(biāo)的置信下限估計(jì)值。通過(guò)計(jì)算得到模型的準(zhǔn)確率估計(jì)值為88.2%，造成該結(jié)果的原因可能是在理論建模時(shí)零位漂移類(lèi)故障影響程度未考慮時(shí)間因素(陀螺儀零漂故障與時(shí)間的長(zhǎng)短有關(guān)，未考慮故障演化)。

4 結(jié)束語(yǔ)

慣性測(cè)量組合是航空器中的核心部件，其工作精度高、功能結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易發(fā)生故障并在系統(tǒng)內(nèi)傳播，且其故障傳播中存在兩個(gè)難點(diǎn)：故障傳播路徑復(fù)雜多樣性和故障傳播存在不確定性，因此有必要針對(duì)這兩個(gè)難點(diǎn)對(duì)慣性測(cè)量組合的故障傳播機(jī)理進(jìn)行研究分析。在對(duì)某型慣性測(cè)量組合故障傳播路徑的復(fù)雜多樣性和故障傳播不確定性進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，利用自行開(kāi)發(fā)的建模仿真軟件建立基于故障擴(kuò)散強(qiáng)度函數(shù)的多信號(hào)流圖模型，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。研究表明，所構(gòu)建的模型能夠很好地解決慣性測(cè)量組合故障傳播路徑復(fù)雜多樣性和傳播不確定性的問(wèn)題，為研究慣性測(cè)量組合故障傳播機(jī)理奠定基礎(chǔ)。

本文在理論建模時(shí)尚未考慮時(shí)間因素對(duì)故障傳播的影響，而大量工程實(shí)踐表明時(shí)間是影響故障傳播的重要因素(例如，慣性測(cè)量組合中零位漂移類(lèi)故障的影響程度就與時(shí)間長(zhǎng)短密切相關(guān))，因此，在下一步研究中還需考慮時(shí)間對(duì)故障傳播的影響。