CN111079255A - 一种基于加速因子的电子调速器加速寿命试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于加速因子的电子调速器加速寿命试验方法，包括以下步骤：1、设计电子调速器加速寿命试验方案：2、将所述样品放入温度试验箱内进行试验；3、在第i个加速应力水平下，每个样品为带负载工作状态，对各个样品的负载输出进行实时监测，若无输出则判定为样品失效，并记录发生失效的时间；直至步骤1中所设计的试验方案全部执行完毕后结束试验；4、将步骤3中得到的所有样品的失效时间记为t，将t作为试验数据进行处理，得出电子调速器在正常使用条件下的平均寿命

本发明方法具有效率高、耗时短、费用少、可以快速预测的优点。

Description

一种基于加速因子的电子调速器加速寿命试验方法

技术领域

本发明属于电子产品加速寿命试验技术领域，具体地说，涉及一种基于加速因子的电子调速器加速寿命试验方法。

背景技术

机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则行动。当前，机器人行业爆发出前所未有的发展速度，广泛应用于机械工程、航空航天、武器装备等领域，对人类的生产、生活产生越来越重要的影响。电子调速器是机器人的核心部件之一，通过遥控或自身程序对电子调速器的控制来驱动电机完成各种指令，对机器人的性能有着至关重要的作用。

在电子调速器的工作过程中，其失效主要是由于主控芯片、电源、功率管、通信接口等元件失效导致电子调速器无输出，无法完成相应功能。对于含有电子调速器的机器人设备而言，由于电子调速器发生失效，将导致机器人设备的部分功能丧失甚至设备失效。因此对电子调速器可靠性进行评价，合理评估和预测其工作寿命，对保障相关机器人设备的可靠性和完好率具有重要意义。

寿命预测目前主要有基于寿命试验和基于加速寿命试验的方法。基于寿命试验的方法对产品在正常工作条件下的失效数据进行测试，通过对失效数据进行建模分析实现产品寿命预测。这种方法存在耗时长、费用大、预测提前量有限的突出问题。而基于加速寿命试验的方法通过适当提高试验应力水平，获取加速应力水平下的失效数据，对试验数据进行建模分析，外推预测出正常使用条件下的工作寿命。与前者相比，基于加速寿命试验的方法耗时短、费用少、预测提前量大，可以实现对产品寿命的快速评估和预测。目前已有研究通过引入加速寿命试验进行产品寿命预测，并对继电器、航天电连接器等产品进行了成功应用，但目前尚未见到利用加速寿命试验开展电子调速器寿命预测的研究报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种效率高、耗时短、费用少、可以快速预测的基于加速因子的电子调速器加速寿命试验方法。

实现本发明目的采用的技术方案如下：

本发明提供的基于加速因子的电子调速器加速寿命试验方法，包括以下步骤：

步骤1、设计电子调速器加速寿命试验方案：

1-1以温度作为试验的加速应力；

1-2以不同的温度作为试验的加速应力水平，由高到低分别为S₁,S₂,…,S_I，其中I为加速应力水平数，I应等于或大于3；将第i个加速应力水平记为S_i，i表示加速应力水平的编号，i＝1,...,I；最低加速应力水平应高于正常工作条件温度，最高加速应力水平的设置必须保证电子调速器的失效机理与正常使用条件下保持一致；

1-3每个加速应力水平下的电子调速器样品数为J等于或大于4，j表示样品编号，j＝1,...,J；

1-4当在第i个加速应力水平S_i下的累计试验时间到达预设的试验停止时间τ_i时完成当前加速应力水平试验；

步骤2、将所述样品放入温度试验箱内进行试验；

步骤3、在第i个加速应力水平下，每个样品为带负载工作状态，对各个样品的负载输出进行实时监测，若无输出则判定为样品失效，并记录发生失效的时间；第i个加速应力水平S_i下编号为j的样品的失效时间记为t_ij；若试验停止时编号为j的样品仍未失效，则令t_ij＝τ_i；直至步骤1中所设计的试验方案全部执行完毕后结束试验；

步骤4、将步骤3中得到的所有样品的失效时间记为t，t＝{t_ij,i＝1,...,I；j＝1,...,J}，其中i表示I个加速应力水平的编号，j表示每个加速应力水平下J个样品的编号；将已失效和未失效样品的失效时间分别记为t_A、t_C，则t_A＝{t_ij|t_ij∈t且t_ij≠τ_i；i＝1,...,I；j＝1,...,J}，t_C＝{t_ij|t_ij∈t且t_ij＝τ_i；i＝1,...,I；j＝1,...,J}，t＝t_A∪t_C；

将t作为试验数据进行处理，得出电子调速器在正常使用条件下的可靠度

步骤如下：

4-1第i个加速应力水平S_i下电子调速器可靠度R_i(t)采用下述式(1)所示的指数分布进行描述：

R_i(t)＝exp(-λ_it) (1)

其中，t为时间；λ_i为电子调速器在第i个加速应力水平S_i下的失效率参数；

加速模型采用下述式(2)所示的Arrhenius模型进行描述：

ln(1/λ_i)＝γ₀+γ₁/(S_i+273) (2)

其中γ₀和γ₁是模型参数，S_i为第i个加速应力水平；

则电子调速器在第i个加速应力水平下的加速因子σ_i如下述式(3)所示：

将式(2)中的λ_i代入式(1)，得到下述式(4)：

R(t)＝exp{-t/exp[γ₀+γ₁/(S_i+273)]} (4)

将式(4)中的未知参数γ₀、γ₁记为ψ，即ψ＝(γ₀,γ₁)；

4-2通过下述式(5)计算t的似然函数L(ψ|t)：

其中R(t_ij)为将t_ij代入式(4)所取得的值，λ_i由式(2)进行计算；

4-3对L(ψ|t)求对数得到对数似然函数lnL(ψ|t)，令ψ＝(γ₀,γ₁)取不同的尝试值并代入lnL(ψ|t)，使ln(L|ψ)t取得最大值时所对应的尝试值即为ψ的估计值，记为

其中

分别为未知参数γ₀、γ₁的估计值：

4-4将

代入下述式(7)得到电子调速器在正常使用条件下(正常使用条件温度为S₀)的可靠度

4-5结合式(2)，可以由下述式(8)计算得出电子调速器在正常使用条件下的平均寿命

本发明方法的特点是以温度作为加速应力，利用在短时加速寿命试验中获得的失效数据对电子调速器的失效过程进行建模，从而预测电子调速器在正常使用条件下的可靠度和工作寿命。该方法能够反映电子调速器在正常使用条件下的失效进程，以较大的加速因子进行加速寿命试验，缩短了试验时间，为电子调速器可靠性与寿命研究提供了一种可行的技术方法。

本发明提供的方法目前已经成功应用于某型电子调速器的可靠度与寿命预测研究，对其工作寿命进行了准确的评估预测。

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

附图说明

图1是某型电子调速器实物图。

图2是某型电子调速器正常使用条件下的可靠度评估结果图。

具体实施方式

下面以某型电子调速器为例(图1所示为实物图)说明本发明方法。需要特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明方法的具体实施方式，而非用于限定本发明方法的保护范围。

基于加速因子的电子调速器加速寿命试验方法，包括以下步骤：

步骤1、设计电子调速器加速寿命试验方案：

1-1以温度作为试验的加速应力；

1-2以不同的温度作为试验的加速应力水平，第i个加速应力水平记为S_i，i表示加速应力水平的编号，i＝1,...,I，加速应力水平数I为4，由高到低分别为S₁＝80℃、S₂＝90℃、S₃＝103℃和S₄＝120℃，其中，最低加速应力水平S₁＝80℃，高于正常使用条件温度S₀＝20℃；因该型电子调速器的耐温极限为140℃，最高加速应力水平S₄＝120℃低于该耐温极限，可保证该型电子调速器的失效机理与正常使用条件下保持一致；

1-3每个加速应力水平下的电子调速器样品数J为10，j表示样品编号，j＝1,...,10；

1-4S₁、S₂、S₃和S₄四个加速应力水平下预设的试验停止时间分别为τ₁＝1300小时、τ₂＝1000小时、τ₃＝800小时、τ₄＝600小时，即当在第i个加速应力水平S_i下的累计试验时间到达预设的试验停止时间τ_i时完成当前加速应力水平试验；

步骤2、将所述样品放入温度试验箱内进行试验；

步骤3、在第i个加速应力水平下，每个样品配备一台无刷电机作为负载，在试验过程中为带负载工作状态，对各个样品的负载输出进行实时监测，若无输出则判定为样品失效，并记录发生失效的时间；第i个加速应力水平S_i下编号为j的样品的失效时间记为t_ij；若试验停止时编号为j的样品仍未失效，则令t_ij＝τ_i；直至步骤1中所设计的试验方案全部执行完毕后结束试验；

步骤4、将步骤3中得到的所有样品的失效时间记为t，

t＝{t_ij,i＝1,...,4；j＝1,...,10}，其中i表示4个加速应力水平的编号，j表示每个加速应力水平下10个样品的编号；将已失效和未失效样品的失效时间分别记为t_A、t_C，则t_A＝{t_ij|t_ij∈t且t_ij≠_iτ；i＝1,...,4；j＝1,...,10}，

t_C＝{t_ij|t_ij∈t且t_ij＝τ_i；i＝1,...,4；j＝1,...,10}，t＝t_A∪t_C，如表1所示；

表1某型电子调速器加速寿命试验各样品失效时间

备注：*表示该样品在试验停止时仍未失效，属于t_C中的数据

将t作为试验数据进行处理，得出电子调速器在正常使用条件下的可靠度

步骤如下：

4-1第i个加速应力水平S_i下电子调速器可靠度R_i(t)采用下述式(1)所示的指数分布进行描述：

R_i(t)＝exp(-λ_it) (1)

其中，t为时间；λ_i为电子调速器在第i个加速应力水平S_i下的失效率参数；

加速模型采用下述式(2)所示的Arrhenius模型进行描述：

ln(1/λ_i)＝γ₀+γ₁/(S_i+273) (2)

其中γ₀和γ₁是模型参数，S_i为第i个加速应力水平；

则电子调速器在第i个加速应力水平下的加速因子σ_i如下述式(3)所示：

将式(2)中的λ_i代入式(1)，得到下述式(4)：

R(t)＝exp{-t/exp[γ₀+γ₁/(S_i+273)]} (4)

将式(4)中的未知参数γ₀、γ₁记为ψ，即ψ＝(γ₀,γ₁)；

4-2通过下述式(5)计算t的似然函数L(ψ|t)：

其中R(t_ij)为将t_ij代入式(4)所取得的值，λ_i由式(2)进行计算；

4-3对L(ψ|t)求对数得到对数似然函数lnL(ψ|t)，令ψ＝(γ₀,γ₁)取不同的尝试值并代入lnL(ψ|t)，使ln(L|ψ)t取得最大值时所对应的尝试值即为ψ的估计值，记为

其中

分别为未知参数γ₀、γ₁的估计值：

计算得出

将

S₀＝20℃、S₁＝80℃、S₂＝90℃、S₃＝103℃和S₄＝120℃代入式(3)，得出各加速应力水平下的加速因子分别为σ₁＝10.2565、σ₂＝14.0284、σ₃＝20.5590、σ₄＝32.6212；

4-4将

代入下述式(7)得到电子调速器在正常使用条件下(正常使用条件温度为S₀＝20℃)的可靠度

可靠度

随时间的变化曲线如图2所示；

4-5结合式(2)，可以由下述式(8)计算得出电子调速器在正常使用条件下的平均寿命

上述实例利用加速寿命试验方法，实现了对某型电子调速器在正常使用条件下可靠性和工作寿命的有效预测，节省了试验时间和成本。

Claims (1)

1.一种基于加速因子的电子调速器加速寿命试验方法，包括以下步骤：

步骤1、设计电子调速器加速寿命试验方案：

1-1以温度作为试验的加速应力；

1-2以不同的温度作为试验的加速应力水平，由高到低分别为S₁，S₂，…，S_I，其中I为加速应力水平数，I应等于或大于3；将第i个加速应力水平记为S_i，i表示加速应力水平的编号，i＝1，...，I；最低加速应力水平应高于正常工作条件温度，最高加速应力水平的设置必须保证电子调速器的失效机理与正常使用条件下保持一致；

1-3每个加速应力水平下的电子调速器样品数为J等于或大于4，j表示样品编号，j＝1，...，J；

1-4当在第i个加速应力水平S_i下的累计试验时间到达预设的试验停止时间τ_i时完成当前加速应力水平试验；

步骤2、将所述样品放入温度试验箱内进行试验；

步骤3、在第i个加速应力水平下，每个样品为带负载工作状态，对各个样品的负载输出进行实时监测，若无输出则判定为样品失效，并记录发生失效的时间；第i个加速应力水平S_i下编号为j的样品的失效时间记为t_ij；若试验停止时编号为j的样品仍未失效，则令t_ij＝τ_i；直至步骤1中所设计的试验方案全部执行完毕后结束试验；

步骤4、将步骤3中得到的所有样品的失效时间记为t，

t＝{t_j，i＝1，...，I；j＝1，...，J}，其中i表示I个加速应力水平的编号，j表示每个加速应力水平下J个样品的编号；将已失效和未失效样品的失效时间分别记为t_A、t_C，则t_A＝{t_j|t_j∈t且t_j≠τ_i；i＝1，...，I；j＝1，...，J}，

t_C＝{t_j|t_j∈t且t_j＝τ_i；i＝1，...，I；j＝1，...，J}，t＝t_A∪t_C；

将t作为试验数据进行处理，得出电子调速器在正常使用条件下的可靠度

步骤如下：

4-1第i个加速应力水平S_i下电子调速器可靠度R_i(t)采用下述式(1)所示的指数分布进行描述：

R_i(t)＝exp(-λ_it) (1)

其中，t为时间；λ_i为电子调速器在第i个加速应力水平S_i下的失效率参数；

加速模型采用下述式(2)所示的Arrhenius模型进行描述：

ln(1/λ_i)＝γ₀+γ₁/(S_i+273) (2)

其中γ₀和γ₁是模型参数，S_i为第i个加速应力水平；

则电子调速器在第i个加速应力水平下的加速因子σ_i如下述式(3)所示：

将式(2)中的λ_i代入式(1)，得到下述式(4)：

R(t)＝exp{-t/exp[γ₀+γ₁/(S_i+273)]} (4)

将式(4)中的未知参数γ₀、γ₁记为ψ，即ψ＝(γ₀，γ₁)；

4-2通过下述式(5)计算t的似然函数L(ψ|t)：

其中R(t_j)为将t_j代入式(4)所取得的值，λ_i由式(2)进行计算；

4-3对L(ψ|t)求对数得到对数似然函数ln L(ψ|t)，令ψ＝(γ₀，γ₁)取不同的尝试值并代入ln L(ψ|t)，使ln L(ψ|t)取得最大值时所对应的尝试值即为ψ的估计值，记为

其中

分别为未知参数γ₀、γ₁的估计值：

4-4将

代入下述式(7)得到电子调速器在正常使用条件下(正常使用条件温度为S₀)的可靠度

4-5结合式(2)，可以由下述式(8)计算得出电子调速器在正常使用条件下的平均寿命

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