机载电子设备在线可靠性评估与剩余寿命预测方法研究

摘要

机载电源系统为飞机上的所有用电设备供电，主要由主电源、二次电源、应急电源和辅助电源组成。开关电源一般作为机载二次电源，为机载电子设备提供直流工作电源。蓄电池作为飞机上的应急与辅助电源，用于启动飞机发动机或辅助动力装置（Auxiliary Power Unit，APU），当发电机无法供电时，为维持飞行的关键设备供电。开关电源和航空蓄电池的可靠性直接关系到飞行安全。因此，需要对开关电源和飞机蓄电池进行充分准确的可靠性评估与剩余寿命预测，以保障供电系统的可靠运行，从而保证飞行任务的完成。本课题研究具有重要的理论意义和工程应用价值。
　　本文主要研究了机载二次电源—开关电源和飞机蓄电池的可靠性评估和剩余寿命预测技术，具体研究内容包括：
　　（1）研究了电力电子电路中关键元器件的等效失效物理模型及各元器件性能退化对电路性能的影响，使用纹波系数相对变化量作为表征电路性能退化的特征参数。
　　（2）研究了基于维纳过程的在线可靠性评估方法。针对在线可靠性评估过程中可用信息少、对单个产品的评估结果不精确等问题，建立单个产品的维纳退化过程，采用自助法获取先验数据，利用贝叶斯更新融合先验数据和后验数据进行在线可靠性评估，并将该方法与未利用先验信息和利用同类产品的性能退化数据作为先验信息的可靠性评估方法进行对比分析，以BUCK电路和锂离子电池为研究对象，进行实验验证与分析，证明了所提方法的可行性和有效性。
　　（3）研究了一种基于非线性退化模型的在线剩余寿命预测方法。针对产品的非线性退化特性，建立基于扩散过程的非线性退化模型，定义退化模型中的非线性漂移参数为状态变量，以监测的性能退化量作为观测变量，建立状态空间模型。采用卡尔曼滤波更新状态变量，得到非线性漂移参数的预测值，进而由剩余寿命分布函数得到在线剩余寿命。以BUCK电路为研究对象，对比分析线性退化模型与非线性退化模型所得剩余寿命预测值，结果表明了本文方法的有效性和准确性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

注释表

第一章 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2 课题研究现状

1.3 课题研究难点及发展趋势

1.4 本文主要研究内容

第二章 电力电子电路性能退化与特征参数分析

2.1 引言

2.2 电力电子电路关键元器件失效物理模型分析

2.3 电力电子电路性能退化分析

2.4 电力电子电路特征参数分析

2.5 本章小结

第三章 基于Wiener过程的在线可靠性评估技术及应用

3.1 引言

3.2 基于Wiener过程的在线可靠性评估方法

3.3应用实例与结果分析

3.4 本章小结

第四章 基于非线性退化模型的剩余寿命预测方法研究

4.1 引言

4.2 非线性退化模型与剩余寿命预测

4.3 基于非线性退化模型的BUCK电路剩余寿命预测

4.4 基于线性退化模型的BUCK电路剩余寿命预测

4.5 实验结果分析

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文研究工作总结

5.2 存在问题及后续工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文