模糊分析應(yīng)用于月球車機構(gòu)電機可靠性研究
陳楠，竇滿鋒
(西北1二業(yè)大學，陜西西安710072)
摘要：針對月球環(huán)境的前提，對單結(jié)構(gòu)、雙余度有刷直流電動機建立結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)模型，用模糊算法進行可靠性對比研究。在概率運算的基礎(chǔ)上，引入模糊算子，采用故障樹的模糊分析法，分別進行可靠性的模糊分析和模糊評價。
關(guān)鍵詞：月球車；可靠性；模糊分析；直流電動機
0引 言
月球車一類空間行走器在深空探測任務(wù)中擔任重要角色，在月球車機構(gòu)驅(qū)動方面，稀土永磁有刷直流電動機以輸出轉(zhuǎn)矩大、能夠頻繁開關(guān)機、高低溫適應(yīng)性強及正反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)方便的優(yōu)越性而得到應(yīng)用，特別在月球表面高度真空并且高低溫劇烈變化的環(huán)境中，有刷直流電動機可靠性高、控制方便的優(yōu)勢更為明顯。
月球車任務(wù)對每個結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)的可靠性有極高的要求，其驅(qū)動機構(gòu)中的直流電動機尤其關(guān)鍵。為了充分了解使用中的可靠程度以決定可行性方案，就需要做好故障分析和可靠性研究。本文分別以單余度電機和雙余度電機為研究對象進行可靠性研究分析，并定量比較，得出結(jié)論。由于設(shè)計技術(shù)和使用環(huán)境的復雜性，其間有諸多的不確定性因素影響著直流電動機工作的壽命和可靠性，則考慮運用非確定性的數(shù)學方法，即在概率運算基礎(chǔ)上進行模糊分析，分別采用結(jié)構(gòu)故障樹模糊分析法和系統(tǒng)模糊預計分析對兩者進行研究。在一定程度上了解非確定性因素造成的影響，從而對此種電機應(yīng)用的可靠性和可行性作出評價。
1空間直流電動機模糊可靠性
1 1電機結(jié)構(gòu)故障樹的模糊分析
1．1．1故障樹模糊分析
故障樹分析以布爾代數(shù)為基礎(chǔ)，把事件的概率處理為精確值，在通常的可靠性分析中具有其優(yōu)越性。然而此處電機工作月球環(huán)境的模糊性以及數(shù)據(jù)的不精確，都會對電機故障發(fā)生的概率產(chǎn)生影響，因此難以用一精確值來表示故障發(fā)生的概率。此時，就可以對故障樹進行模糊分析。
模糊分析法在充分利用先由統(tǒng)計數(shù)據(jù)的同時，在一定程度上允許描述誤差的存在，不存在精確值的局限性，因而具有較大的靈活性和適應(yīng)性。
在空間電機可靠性工程上，需估計的是可靠性的可信程度，而并非一定要用精確值表示系統(tǒng)發(fā)生故障的概率。
故障樹模糊分析中是用空間電機故障模糊數(shù)描述事件發(fā)生的概率，可以更好地發(fā)揮工程經(jīng)驗和主觀判斷。模糊數(shù)強調(diào)的是經(jīng)驗在系統(tǒng)可靠性分析和評價中的重要性。其隸屬函數(shù)主要根據(jù)人的經(jīng)驗，憑判斷選取，其結(jié)果的可信度比精確值表示的可靠度更接近于真實程度。
l 1．2單余度電機結(jié)構(gòu)故障樹模型
由單余度電機結(jié)構(gòu)建立的故障樹模型如圖l所示。
l l 3定義由模糊數(shù)表示電機結(jié)構(gòu)單元故障概率
令電機各單元故障發(fā)生率為線性模糊數(shù)，由p表示“大約為m”的實數(shù)域內(nèi)的模糊數(shù)，則該模糊數(shù)可用三元組(m，α，β)表示，m為模糊數(shù)的均值，d、β為模糊數(shù)的左右分布參數(shù)；由參數(shù)構(gòu)成的區(qū)間覆蓋模糊數(shù)p的隸屬度。隸屬度函數(shù)成線性變化。α、β可根據(jù)模糊性、經(jīng)驗和統(tǒng)計數(shù)據(jù)選取。可將模糊數(shù)p表示為：p=(m-α；m，m+β)。
根據(jù)航天電機參考資料和同類產(chǎn)品對比分析，以各單元故障概率為基本事件的模糊數(shù)參數(shù)如表1所示，此處α、β按照概率原則選取。
1．1 4引入模糊算子進行分析
(1)故障樹中的與門模糊算子
如果事件i發(fā)生的概率為一模糊數(shù)p，則與門模糊算子可記為：
即與門的輸出為一模糊數(shù)，三參數(shù)為   由線性模糊數(shù)的代數(shù)運算法則可確定如下：
(2)故障樹中的或門模糊算子
如果事件i發(fā)生的概率為一模糊數(shù)p，則或門模糊算子可記為：
即或門的輸出為一模糊數(shù)，三參數(shù)為P αOR，P αOR和P |
