CN103809119A - 马尔科夫模型开关磁阻电机系统可靠性的定量评估方法 - Google Patents
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Abstract
一种马尔科夫模型开关磁阻电机系统可靠性的定量评估方法,由开关磁阻电机系统的状态转换图,解得任意时刻t开关磁阻电机系统处于任一存活状态的概率矩阵P'T(t),计算存活状态的概率矩阵P'T(t)各元素之和,即得到可靠度函数R(t),由此计算出开关磁阻电机系统的平均失效前工作时间,实现了开关磁阻电机系统可靠性的定量评估,满足了开关磁阻电机驱动系统可靠性分析的要求。具有良好的工程应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种定量评估方法,尤其是一种适用于各种类型、各种相数的马尔科夫模型开关磁阻电机系统可靠性的定量评估方法。
背景技术
开关磁阻电机驱动系统功率变换器主电路各相之间以及电机本体各相磁路之间相互独立,具有较强的容错性能和可靠性,在一定的故障条件下能够持续运行。因此,即使系统的某一组成单元发生故障,只要系统的性能参数在允许的范围内,系统都可继续运行,而不能单一地认定系统故障。这种优秀的容错性能对可靠性研究引入了新的问题:假设系统的某一单元发生故障后系统仍继续运行,若此时再发生二级故障,将对系统的运行产生怎样的影响,又该怎样评定系统发生多级故障后的运行状况及可靠性指标。传统的基于可靠性框图的建模方法将系统的运行状态简化为“正常状态”和“故障状态”,忽略了系统“故障运行状态”,不能满足开关磁阻电机驱动系统可靠性分析的要求。
发明内容
本发明的目的是克服已有技术中存在的问题,提供一种实现开关磁阻电机系统可靠性定量评估的马尔科夫模型开关磁阻电机系统可靠性的定量评估方法。
本发明的马尔科夫模型开关磁阻电机系统可靠性的定量评估方法:
通过开关磁阻电机系统的状态转换图,解得任意时刻t开关磁阻电机系统处于任一存活状态的概率矩阵P′T(t):
式中,exp表示指数函数,t表示时间。
由公式(1)计算存活状态的概率矩阵P′T(t)各元素之和,即得到可靠度函数R(t):
计算出开关磁阻电机系统的平均失效前工作时间:
从而实现开关磁阻电机系统可靠性的定量评估。
有益效果:由于建立了开关磁阻电机系统的马尔科夫可靠性模型,计算出了开关磁阻电机系统的平均失效前工作时间,实现了开关磁阻电机系统可靠性的定量评估。即使开关磁阻电机系统的某一组成单元发生故障,只要开关磁阻电机系统的性能参数在允许的范围内,开关磁阻电机系统都可继续运行,而不单一地认定开关磁阻电机系统不能继续运行;可以评定开关磁阻电机系统某一单元发生故障后系统是否能仍继续运行,若此时再发生二级故障多级故障后,开关磁阻电机系统是否能继续运行,满足了开关磁阻电机系统可靠性分析的要求。实用性强,具有良好的工程应用价值。
附图说明
图1是本发明的开关磁阻电机系统的状态转换图。
图2是本发明的开关磁阻电机系统马尔科夫可靠性模型解得的可靠度函数曲线。
图3是本发明的可靠度函数曲线图。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述:
根据开关磁阻电机系统确定的一级故障,如表1所示,对于表中5种存活状态,考虑发生二级故障,模拟系统在两种故障组合状态下的运行性能,得到二级故障结果,如表2所示。如果开关磁阻电机系统中有任意三个组成部件同时发生故障时,系统失效。
表1一级故障
故障模式 | 系统状态 |
电容开路(CK) | S(存活状态) |
电容短路(CD) | F(故障状态) |
一相缺相运行(DP) | S(存活状态) |
导通管短路(VOND) | S(存活状态) |
开关管短路(VswD) | F(故障状态) |
续流二极管开路(DK) | F(故障状态) |
电流检测回路输出恒为零(CUZ) | F(故障状态) |
电流检测回路输出恒为一值(CUH) | S(存活状态) |
电流检测回路参数漂移(CUF) | S(存活状态) |
转速检测回路输出恒为零(VZ) | F(故障状态) |
转速检测回路输出恒为一值(VH) | F(故障状态) |
转速检测回路参数漂移(VF) | F(故障状态) |
表1中:导通管开路(VonK)故障、开关管开路(VswK)故障、续流二极管短路(DD)故障、一相短路故障(PD)以及一相开路故障(PK)这五种故障归为一相缺相故障(DP)。
表2二级故障
表2中:字母符号含义与表1相同,斜线:表示不会发生。
图1所示为开关磁阻电机系统的状态转换图。图1圆圈中的符号表示系统的状态,其中阿拉伯数字表示状态的编号,字母除NM表示正常状态、F表示失效状态外,其余字母均表示系统发生的故障模式,具体含义见表3。
表3状态转换图中各状态符号的含义
图1中故障元件的失效率用λ表示,下标处注明相应元件的故障模式,如:λCK表示电容开路故障的失效率,λDP1表示电容开路故障后,A相发生一相缺相故障的失效率,λVonD1表示电容开路故障后,导通管短路故障的失效率,λVonD2表示一相缺相故障后,导通管短路故障的失效率,λDP3表示导通管短路故障后,再次发生一相缺相故障的失效率,λVonD4表示电流检测回路输出恒为定值故障后,再次发生导通管短路故障的失效率,λDP5表示电流检测回路输出参数漂移故障后,再次发生一相缺相故障的失效率,λVonD5表示电流检测回路输出参数漂移故障后,再次发生导通管短路故障的失效率;其他失效率各下标所表示的元件故障模式与表1相同,失效率λ1 至λ23含义见表4。表4中失效率下标所表示的元件故障模式与表1相同。
表4状态转换图中各失效率的含义
图1中,开关磁阻电机系统状态转换图从左至右分为4层,第一层包含1种运行状态,即正常状态0(NM);第二层包含6种运行状态,对应一级故障发生后的系统状态,与表1对应;第三层包含22种运行状态,对应二级故障即系统中有两个组成部件同时发生故障的情况,与表2对应;第四层包含1种运行状态,对应系统中同时有三种组成部件故障,系统失效。
开关磁阻电机系统发生一级故障电容开路(CK),系统转入状态1(CK),状态转换率为电容开路的失效率λCK;若系统发生电容短路(CD)后,系统不能正常运行,进入失效状态F1,用方框表示。考虑到系统的失效状态F无须进行下一步分析,因此汇总至一个状态,即状态F1包含有七种不同的运行状态,电容短路(CD)、开关 管短路(VswD)、二极管开路(DK)、电流输出回路恒为零(CUZ)、转速检测回路恒为零(VZ)、转速检测回路恒为定值(VH)、转速检测回路参数漂移(VF),失效率λ1。
通过图1所示开关磁阻电机系统的状态转换图,解得任意时刻t开关磁阻电机系统处于任一存活状态的概率矩阵P′T(t):
式中,exp表示指数函数,t表示时间。
由公式(1)计算存活状态的概率矩阵PP′T(t)各元素之和,即得到可靠度函数R(t):
计算出开关磁阻电机系统的平均失效前工作时间:
从而实现开关磁阻电机系统可靠性的定量评估。
例如,对一台由三相12/8结构开关磁阻电机和三相双开关式功率变换器组成的开关磁阻电机系统,如图2所示,通过图1所示开关磁阻电机系统的状态转换图,解得任意时刻t该三相开关磁阻电机系统处于任一存活状态的概率矩阵P′T(t),计算存活状态的概率矩阵P′T(t)各元素之和即得到可靠度函数R(t),如图3所示,根据可 靠度函数R(t)即可计算出该三相开关磁阻电机系统的平均失效前工作时间,从而实现了该三相开关磁阻电机系统可靠性的定量评估。
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