基于Isight的高压电源全寿命周期稳健设计研究

摘要

高压电源作为航天器的供电设备，其质量及可靠性面临巨大挑战。稳健设计是改善产品质量的有效途径之一。然而，当前绝大多数电子系统的稳健设计均针对初始质量进行。实际应用中，元器件性能、所处环境条件、工作时间、载荷变化等因素对电子系统可靠性会造成极大影响。因此产品可靠性应该是一个动态的、时变的过程，单一考虑产品初始质量的稳健设计是不全面的。本文在分析了大量国内外工程应用中的可靠性分析和稳健设计研究成果的基础上，对高压电源进行了基于时变可靠性的全寿命周期稳健设计，主要内容如下：
　　首先，根据技术指标和FMEA分析确定高压电源的关键质量特性，利用Isight、Saber和ANSYS搭建热电耦合仿真平台，建立高压电源的热电耦合模型。并基于热电耦合仿真模型和正交试验对高压电源进行灵敏度分析，找出对其关键质量特性影响显著的元器件作为稳健设计关键元器件，并通过查阅文献确定关键元器件参数退化模型。
　　然后，为解决热电耦合仿真计算效率低的问题，以关键元器件参数为设计变量，构建高压电源关键质量特性的近似模型。通过试验设计方法构建近似模型训练样
　　本和测试样本，利用热电耦合仿真模型获得采样点处高压电源质量特性。采用径向基和Kriging方法分别建立质量特性近似模型，最终通过误差分析选出拟合效果最优的模型用于后续蒙特卡洛仿真。建立高压电源的极限性能状态方程，利用蒙特卡洛仿真技术对高压电源的原始设计进行时变可靠性分析，为后续全寿命周期稳健设计提供依据。
　　最后，基于经典的成本-容差曲线和田口损失理论分别建立高压电源的成本-容差模型和成本-质量模型。以综合成本最小化为目标，结合时变可靠性分析和稳健设计方法建立高压电源全寿命周期的多目标优化模型。应用多目标寻优算法对该模型进行求解，给出高压电源元器件参数和容差组合的Pareto解集，并对优化前后高压电源的初始质量和全寿命周期的时变可靠度进行对比，验证方法有效性。

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第1章 绪 论

1.1 课题的来源及研究的目的和意义

1.2 时变可靠性分析研究现状

1.3 稳健设计研究现状

1.4 国内外研究现状分析

1.5 本文主要研究内容

第2章 高压电源关键元器件的确定及退化分析

2.1 引言

2.2 高压电源关键质量特性的确定

2.3 高压电源关键元器件的确定

2.4 关键元器件的退化模型

2.5 本章小结

第3章 高压电源时变可靠性分析

3.1 引言

3.2 高压电源近似模型的建立

3.3 基于性能退化的时变可靠性分析

3.4 本章小结

第4章 高压电源全寿命周期稳健设计

4.1 引言

4.2 高压电源全寿命周期成本模型

4.3 基于时变可靠性的全寿命周期稳健设计

4.4 优化结果及验证

4.5 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

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