CN114184211A - 一种惯导可靠性试验中性能变化机理一致性判定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种惯导可靠性试验中性能变化机理一致性判定方法，属于可靠性试验领域。本发明的方法通过对惯导角速度通道和加速度通道的四个关键性能指标(角速度标度因数、角速度零位偏置、加速度标度因数、加速度零位偏置)在可靠性强化试验中的有限试验数据进行建模和残差分析，判定惯导的机理变化是否一致。相对于传统的数理统计方法，该方法需要的原始数据少，分析过程清晰，非常有利于对可靠性强化试验中有限数据的分析和处理。

Description

一种惯导可靠性试验中性能变化机理一致性判定方法
技术领域
本发明属于可靠性试验领域，具体涉及一种惯导可靠性试验中性能变化机理一致性判定方法。
背景技术
随着产品的可靠性和寿命越来越长，正常工作环境下很难得到寿命数据甚至于有效的退化数据，导致可靠性评估越来越困难，而加速寿命试验(ALT)和加速退化试验(ADT)的形成解决了这一难题；进行ALT和ADT的基本前提是试验过程中产品性能变化机理不能改变，特别是最高应力水平下不能改变其机理；因此确保加速试验中的产品性能变化机理一致性是非常关键的，是保证可靠性评估准确性的前提。
目前主要有三种确定性能变化机理一致性的方法：基于加速模型参数不变的方法、基于统计方法以及基于试验观察的方法。基于加速模型参数不变的方法简单易行，但它局限在退化规律必须符合物理加速模型或经验加速模型，而且逆幂律模型的一致性确定方法也没有严格的物理解释，其他加速模型确定机理一致性的方法是激活能是否发生改变，而激活能的概念在不同的理论间尚未统一。统计方法的适用范围广，但是其没有从物理的角度给出变异系数与机理的关系，相当于一个“黑箱”辨识问题；变异系数不变只是性能变化机理一致性的一个必要条件，因而统计方法可能找不到第一个机理变化的条件；而且统计方法适于大样本以及事后检验，有其局限性。实验观察法的优点是直观，但是由于有些产品的性能变化机理不容易被观察到，而且实验观察带了一定的经验判断，所以这种方法往往带了一定的主观性，而且也不适于所有的产品。
通过以上分析可知现有的性能变化机理一致性确定方法有着不能克服的缺点。而且随着产品越来越复杂，其失效机理也越来越复杂，技术指标越来越多，现有的失效机理一致性判定方法已经无法完全覆盖日趋复杂的产品和系统上。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何提供一种惯导可靠性试验中性能变化机理一致性判定方法，以解决现有的性能变化机理一致性确定方法有着不能克服的缺点，现有的失效机理一致性判定方法已经无法完全覆盖日趋复杂的产品和系统上的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种惯导可靠性试验中性能变化机理一致性判定方法，该方法包括如下步骤：
S1、可靠性强化试验应力共K个，表述为{s1,s2,.....,sK}，每个应力水平下的惯导测试数据分为2类，1类是角速度通道的测试数据，表述为{Ag(1),Ag(2),.......,Ag(K)}，1类是加速度通道的测试数据，表述为{Ac(1),Ac(2),........,Ac(K)}；其中，Ag(i)代表第i类型应力条件下的角速度通道测试数据矩阵，Ac(i)代表第i类型应力条件下的加速度通道测试数据矩阵，矩阵中均包括输入激励和输出数据；
S2、根据最小二乘拟合算法，对{Ag(i)}矩阵和{Ac(i)}矩阵按照y＝kx+b的方式进行拟合，获得角速度标度因数、角速度零位偏置和加速度标度因数、加速度零位偏置，表述为{kAg(i)}，{bAg(i)}，{kAc(i)}和{bAc(i)}，i＝1,2,...,K；
S3、将序列{kAg(i)}，{bAg(i)}，{kAc(i)}和{bAc(i)}分别进行一次累加生成，形成新的序列
Figure BDA0003436468670000021
和
Figure BDA0003436468670000022
{kAg(i)}，{bAg(i)}，{kAc(i)}和{bAc(i)}序列定义为
Figure BDA0003436468670000023
和
Figure BDA0003436468670000024
S4、分别计算4个一次累加生成序列
Figure BDA0003436468670000031
和
Figure BDA0003436468670000032
的中值序列
Figure BDA0003436468670000033
Figure BDA0003436468670000034
o＝2,3,…,K；
S5、令
Figure BDA0003436468670000035
构建参数
Figure BDA0003436468670000036
估计值为
Figure BDA0003436468670000037
得到参数的估计值
Figure BDA0003436468670000038
和
Figure BDA0003436468670000039
按照同样的方式，计算参数
Figure BDA00034364686700000310
和
Figure BDA00034364686700000311
和
Figure BDA00034364686700000312
和
Figure BDA00034364686700000313
S6、根据下式来对实测数据进行数据预测，
Figure BDA00034364686700000314
按照相同的方式，对
Figure BDA00034364686700000315
和
Figure BDA00034364686700000316
进行预测；
S7、计算实测数据和预测数据的残差
Figure BDA00034364686700000317
Figure BDA00034364686700000318
按照相同的方式，计算残差
Figure BDA00034364686700000319
和
Figure BDA00034364686700000320
根据残差判断性能是否一致。
进一步地，所述可靠性试验为加速寿命试验(ALT)。
进一步地，所述可靠性试验为加速退化试验(ADT)。
进一步地，所述步骤S1中，{Ag(i)}矩阵表述为
Figure BDA00034364686700000321
其中i代表第i个应力水平下的角速度测试数据矩阵，M代表角速度通道测试每次都有M个输入激励，Agij代表第i类型应力下角速度通道对应于输入InAgj的输出数据。
进一步地，所述步骤S1中，{Ac(i)}矩阵表述为
Figure BDA00034364686700000322
其中i代表第i个应力水平下的加速度测试数据矩阵，N代表加速度通道测试N个输入激励，Acij代表第i类型应力下加速度通道对应于输入InAcj的输出。
进一步地，所述步骤S2中，以矩阵中的输出数据作为y，输入激励作为x，拟合获得角速度标度因数、角速度零位偏置和加速度标度因数、加速度零位偏置。
进一步地，所述步骤3中，{kAg(i)}新生成的一次累加生成序列为
Figure BDA0003436468670000041
新生成的一次累加生成序列为
Figure BDA0003436468670000042
新生成的一次累加生成序列为
Figure BDA0003436468670000043
新生成的一次累加生成序列为
Figure BDA0003436468670000044
进一步地，所述步骤S4中，中值序列的计算方法为：
Figure BDA0003436468670000045
Figure BDA0003436468670000046
Figure BDA0003436468670000047
Figure BDA0003436468670000048
进一步地，若残差大于阈值,判定性能不一致，若残差小于阈值，认为性能一致。
进一步地，阈值为30％。
(三)有益效果
本发明提出一种惯导可靠性试验中性能变化机理一致性判定方法，本发明的方法通过对惯导角速度通道和加速度通道的四个关键性能指标(角速度标度因数、角速度零位偏置、加速度标度因数、加速度零位偏置)在可靠性强化试验中的有限试验数据进行建模和残差分析，判定惯导的机理变化是否一致。相对于传统的数理统计方法，该方法需要的原始数据少，分析过程清晰，非常有利于对可靠性强化试验中有限数据的分析和处理。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明阐述的方法可对可靠性试验中有限数据下的性能变化机理一致性进行判定，确定产品不同性能指标变化的拐点，进而可确定不同性能指标变化机理一致性的边界点，为确定可靠性加速寿命(加速退化)试验中的应力边界条件提供依据。
本发明的目的就是提出一种依据可靠性试验中产品有限性能测试数据来判定产品性能变化机理一致性的方法。
复杂系统的性能退化机理往往是多个因素综合作用的结果，特别对于惯导这种光、机、电一体化的复杂产品，内部工作原理复杂，各种因素相互之间还有影响，从工作原理上推导机理变化一致性的判定非常困难；除此之外，目前的加速试验应力越来越复杂，而多应力对产品机理的影响不能简单的看成单应力对产品机理影响的叠加，需要考虑多应力的涌现性对产品机理的影响。因此，惯导的性能变化机理一致性判定是一个难题。
本发明提出了一种惯导产品性能变化机理一致性判定方法，该方法通过对惯导角速度通道和加速度通道的四个关键性能指标(角速度标度因数、角速度零位偏置、加速度标度因数、加速度零位偏置)在可靠性强化试验中的有限试验数据进行建模和残差分析，判定惯导的机理变化是否一致。相对于传统的数理统计方法，该方法需要的原始数据少，分析过程清晰，非常有利于对可靠性强化试验中有限数据的分析和处理。
S1、可靠性强化试验应力共K个，表述为{s1,s2,.....,sK}，每个应力水平下的惯导测试数据分为2类，1类是角速度通道的测试数据，表述为{Ag(1),Ag(2)列定义为
Figure BDA0003436468670000069
和
Figure BDA00034364686700000610
S4、分别计算4个一次累加生成序列
Figure BDA00034364686700000611
和
Figure BDA00034364686700000612
的中值序列
Figure BDA00034364686700000613
Figure BDA00034364686700000614
o＝2,3,…,K。
Figure BDA00034364686700000615
Figure BDA00034364686700000616
Figure BDA0003436468670000071
Figure BDA0003436468670000072
S5、令
Figure BDA0003436468670000073
构建参数
Figure BDA0003436468670000074
估计值为
Figure BDA0003436468670000075
得到参数的估计值
Figure BDA0003436468670000076
和
Figure BDA0003436468670000077
按照同样的方式，计算参数
Figure BDA0003436468670000078
和
Figure BDA0003436468670000079
和
Figure BDA00034364686700000710
和
Figure BDA00034364686700000711
S6、根据下式来对实测数据进行数据预测，
Figure BDA00034364686700000712
按照相同的方式，对
Figure BDA00034364686700000713
和
Figure BDA00034364686700000714
进行预测；
S7、计算实测数据和预测数据的残差
Figure BDA00034364686700000715
Figure BDA00034364686700000716
若残差
Figure BDA00034364686700000717
大于30％,判定性能不一致，若残差小于30％，认为性能一致；按照相同的方式，计算残差
Figure BDA00034364686700000718
和
Figure BDA00034364686700000719
大于30％,判定性能不一致，若残差小于30％，认为性能一致。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种惯导可靠性试验中性能变化机理一致性判定方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、可靠性强化试验应力共K个，表述为{s1,s2,.....,sK}，每个应力水平下的惯导测试数据分为2类，1类是角速度通道的测试数据，表述为{Ag(1),Ag(2),.......,Ag(K)}，1类是加速度通道的测试数据，表述为{Ac(1),Ac(2),........,Ac(K)}；其中，Ag(i)代表第i类型应力条件下的角速度通道测试数据矩阵，Ac(i)代表第i类型应力条件下的加速度通道测试数据矩阵，矩阵中均包括输入激励和输出数据；
S2、根据最小二乘拟合算法，对{Ag(i)}矩阵和{Ac(i)}矩阵按照y＝kx+b的方式进行拟合，获得角速度标度因数、角速度零位偏置和加速度标度因数、加速度零位偏置，表述为{kAg(i)}，{bAg(i)}，{kAc(i)}和{bAc(i)}，i＝1,2,...,K；
S3、将序列{kAg(i)}，{bAg(i)}，{kAc(i)}和{bAc(i)}分别进行一次累加生成，形成新的序列
Figure FDA0003436468660000011
和
Figure FDA0003436468660000012
{kAg(i)}，{bAg(i)}，{kAc(i)}和{bAc(i)}序列定义为
Figure FDA0003436468660000013
和
Figure FDA0003436468660000014
S4、分别计算4个一次累加生成序列
Figure FDA0003436468660000015
和
Figure FDA0003436468660000016
的中值序列
Figure FDA0003436468660000017
Figure FDA0003436468660000018
S5、令
Figure FDA0003436468660000019
构建参数
Figure FDA00034364686600000110
估计值为
Figure FDA00034364686600000111
得到参数的估计值
Figure FDA00034364686600000112
和
Figure FDA00034364686600000113
按照同样的方式，计算参数
Figure FDA00034364686600000114
和
Figure FDA00034364686600000115
和
Figure FDA00034364686600000116
和
Figure FDA00034364686600000117
S6、根据下式来对实测数据进行数据预测，
Figure FDA00034364686600000118
按照相同的方式，对
Figure FDA00034364686600000119
和
Figure FDA00034364686600000120
进行预测；
S7、计算实测数据和预测数据的残差
Figure FDA0003436468660000021
r＝1,2,...,K，按照相同的方式，计算残差
Figure FDA0003436468660000022
和
Figure FDA0003436468660000023
根据残差判断性能是否一致。
2.如权利要求1所述的惯导可靠性试验中性能变化机理一致性判定方法，其特征在于，所述可靠性试验为加速寿命试验(ALT)。
3.如权利要求1所述的惯导可靠性试验中性能变化机理一致性判定方法，其特征在于，所述可靠性试验为加速退化试验(ADT)。
4.如权利要求1所述的惯导可靠性试验中性能变化机理一致性判定方法，其特征在于，所述步骤S1中，{Ag(i)}矩阵表述为
Figure FDA0003436468660000024
其中i代表第i个应力水平下的角速度测试数据矩阵，M代表角速度通道测试每次都有M个输入激励，Agij代表第i类型应力下角速度通道对应于输入InAgj的输出数据。
5.如权利要求1所述的惯导可靠性试验中性能变化机理一致性判定方法，其特征在于，所述步骤S1中，{Ac(i)}矩阵表述为
Figure FDA0003436468660000025
其中i代表第i个应力水平下的加速度测试数据矩阵，N代表加速度通道测试N个输入激励，Acij代表第i类型应力下加速度通道对应于输入InAcj的输出。
6.如权利要求4或5所述的惯导可靠性试验中性能变化机理一致性判定方法，其特征在于，所述步骤S2中，以矩阵中的输出数据作为y，输入激励作为x，拟合获得角速度标度因数、角速度零位偏置和加速度标度因数、加速度零位偏置。
7.如权利要求6所述的惯导可靠性试验中性能变化机理一致性判定方法，其特征在于，所述步骤3中，{kAg(i)}新生成的一次累加生成序列为
Figure FDA0003436468660000026
{bAg(i)}新生成的一次累加生成序列为
Figure FDA0003436468660000027
{kAc(i)}新生成的一次累加生成序列为
Figure FDA0003436468660000031
{bAc(i)}新生成的一次累加生成序列为
Figure FDA0003436468660000032
8.如权利要求7所述的惯导可靠性试验中性能变化机理一致性判定方法，其特征在于，所述步骤S4中，中值序列的计算方法为：
Figure FDA0003436468660000033
Figure FDA0003436468660000034
Figure FDA0003436468660000035
Figure FDA0003436468660000036
9.如权利要求8所述的惯导可靠性试验中性能变化机理一致性判定方法，其特征在于，若残差大于阈值,判定性能不一致，若残差小于阈值，认为性能一致。
10.如权利要求9所述的惯导可靠性试验中性能变化机理一致性判定方法，其特征在于，阈值为30％。
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