基于FTA-MC的某型起重机电气系统可靠性建模与仿真分析研究

摘要

起重机作为机电类特种设备，其电气安全一直备受重视，电气安全事故往往是由于电气系统故障造成的，而故障与电气系统可靠性紧密相关，因此，研究起重机电气系统的可靠性对提高起重机的电气安全具有重要意义。由于起重机电气系统功能结构多样、故障逻辑关系复杂、系统故障发生随机不确定等诸多因素，导致对其进行可靠性分析十分困难。
　　鉴于故障树分析(FTA)在处理复杂系统故障逻辑关系方面的优势，本文将其应用于起重机电气系统可靠性建模;由于起重机电气系统故障发生具有不确定性，往往不易分析及诊断，考虑到蒙特卡洛方法(MC)在离散随机系统仿真中的优点，本文提出基于FTA-MC的起重机电气系统可靠性建模与仿真分析方法。主要研究内容如下:
　　(1)在起重机电气系统可靠性研究必要性和难点分析的基础上，结合故障树分析理论和蒙特卡洛方法，构建了可靠性建模与仿真分析技术框架。
　　(2)根据起重机电气系统功能结构分析，引入具体案例对电气控制系统原理及故障进行研究;应用故障树对起重机电气控制系统进行可靠性建模，并借助元器件可靠性预计方法得到失效率数据，进而实现系统故障树定性分析和定量分析。
　　(3)针对故障树分析难以反映系统故障随机性的问题，提出基于FTA-MC的起重机电气系统可靠性仿真分析方法，在对仿真模型、随机抽样方法以及模拟时钟推进策略研究的基础上，设计了FTA-MC可靠性仿真分析算法。
　　结合本文提出的FTA-MC研究方法，对起重机电气系统进行可靠性建模仿真分析。通过可靠性仿真分析，不仅可以判断系统整体可靠性水平，而且能够发现系统薄弱环节，进而为提高起重机电气系统的可靠性提供指导和建议。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 电气系统可靠性研究现状

1．2．2 可靠性建模与仿真分析研究现状

1．2．3 文献综述小结

1．3 研究目标与研究内容

1．4 本文的章节安排

2 可靠性相关理论及总体技术框架

2．1 起重机电气系统可靠性研究必要性及难点分析

2．1．1 课题研究的必要性

2．1．2 课题研究的特点与难点

2．2 可靠性相关理论

2．2．1 可靠性理论概述

2．2．2 常用失效分布

2．2．3 基本可靠性分析模型

2．2．4 故障树分析方法

2．3 蒙特卡洛仿真方法

2．3．1 蒙特卡洛方法概述

2．3．2 蒙特卡洛方法的理论依据

2．4 起重机电气系统可靠性分析总体技术框架

2．5 本章小结

3 起重机电气系统原理及故障分析

3．1 起重机电气系统结构功能分析

3．1．1 起重机电气系统重要性分析

3．1．2 起重机电气系统功能分析

3．1．3 起重机电气控制系统结构分析

3．2 起重机电气控制系统电路分析

3．3 起重机电气控制系统原理分析

3．3．1 凸轮控制器控制原理分析

3．3．2 磁力控制站控制原理分析

3．3．3 PLC交频器控制系统原理分析

3．4 起重机电气控制系统故障分析

3．4．1 常见的电气控制系统故障

3．4．2 起重机电气控制系统FMEA分析

3．5 本章小结

4 起重机电气系统故障树可靠性建模分析

4．1 故障树可靠性建模技术框架

4．1．1 故障树可靠性建模应用分析

4．1．2 故障树可靠性建模技术框架设计

4．2 起重机电气系统故障树可靠性建模

4．2．1 顶事件选择及建树假设

4．2．2 电气控制系统故障树

4．3 元器件可靠性预计

4．3．1 可靠性预计方法

4．3．2 元器件失效率计算

4．4 电气控制系统故障树分析

4．4．1 定性分析

4．4．2 定量分析

4．5 本章小结

5 基于FTA-MC的起重机电气系统可靠性仿真分析

5．1 蒙特卡洛可靠性仿真流程

5．1．1 可靠性仿真应用分析

5．1．2 可靠性仿真流程设计

5．2 FTA-MC可靠性仿真关键技术

5．2．1 故障树可靠性仿真模型

5．2．2 随机抽样方法

5．2．3 模拟时钟推进策略

5．3 FTA-MC可靠性仿真算法设计

5．3．1 基于固定时间步长推进的算法设计

5．3．2 基于可变时间步长推进的算法设计

5．4 电气控制系统可靠性仿真分析

5．4．1 仿真参数的选取

5．4．2 起重机电气控制系统可靠性仿真及结果分析

5．5 起重机电气系统可靠性比较分析

5．5．1 故障树可靠性模型

5．5．2 底事件失效率数据计算

5．5．3 FTA-MC可靠性仿真结果分析

5．6 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文情况