基于带测量误差的维纳过程的退化建模与剩余寿命估计
发布时间：2021-08-07 21:21
对于具有高可靠性或者是价格昂贵的产品而言,人们通常无法在有限的时间内获得足够多的产品失效数据以进行相关的可靠性分析。作为传统的基于产品失效数据的建模分析方法的一种替代,基于产品性能退化数据的建模分析方法近年来在可靠性领域占据了至关重要的地位。这种分析方法通过对产品潜在的退化状态进行描述,使人们在有限的分析时间内对产品或设备的老化过程进行退化建模并对相应的模型参数作出估计,为人们预测目标产品的剩余使用寿命提供了一种有效的途径,提高了产品剩余使用寿命预测的准确性,使人们能够在设备尚可使用时以较低的成本对其进行事前维护,将设备在实际运行过程中发生故障的概率尽可能降至最低,最终达到提高产品可靠性、保障系统正常运行的目的。本文将选用具有非单调性质的维纳过程对产品退化数据上下波动的情况进行描述。由于外部环境、测量仪器等因素的制约,产品的退化观测量必然与其真实退化量存在差异。因此,在退化建模与剩余寿命预测等研究中我们必须考虑测量误差的影响。本文基于测量误差服从Logistic分布这一假设构建维纳退化模型,将吉布斯采样技术、拒绝抽样法与期望最大化算法结合使用,以此获得产品实际退化状态的近似值以及退化模...
【文章来源】：厦门大学福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图４．２个体３的剩余使用寿命的相对误差??图４．２展示了个体３在观测次数分别为１０、３０及５０这三种组合情形下基于??
??图４．３中的（ａ）、（ｂ）、（ｃ）分别表示在不同的异常值组合情形??下利用两种退化建模方法所得到的模型参数的均方根误差的分布情况。通过观察??这三个图不难发现，对于两个退化模型共有的三个参数中的任一参数而言，根据??模型１得到的参数的均方根误差总是小于由模型２得到的均方根误差，且随着常??数漂移项数值ｗ的增大，基于两个退化模型得到的均方根误差之间的差距亦表现??得更为明显。这就意味着在测量误差服从Ｌｏｇｉｓｔｉｃ分布假设下构建的退化模型更??加稳健，能够在较大程度上剔除退化过程中出现的异常波动情况的影响。即使异??常值出现的概率很低时，我们仍然能够通过采用Ｌｏｇｉｓｔｉｃ分布描述测量误差这一??方式增强退化模型的稳健性。??上述内容是基于均方根误差这一评价指标对不同误差假设下的退化模型进??行比较，下文将从平均绝对误差的角度评价两个退化模型对真实退化数据的拟合??性能。将吉布斯抽样产生的潜在退化状态的估计值代入上文介绍的平均绝对误差??的计算公式，我们最终可计算出不同异常波动情形下的平均绝对误差，并将多次??重复试验产生的平均绝对误差绘制于同一图中
图５．１?Ｂ０００６锂离子电池的容量损耗轨迹图??（数据来源：美国国家航空航天局阿姆斯研究中心）??由图５．１可知，随着锂离子电池充放电循环次数的增加，其容量损耗也随之??变化，进而导致剩余使用寿命逐渐缩短。总体上看，锂离子电池容量损耗呈上升??趋势，但仍然存在一部分较为剧烈的波动现象。为了尽可能减弱这些异常值的干??扰作用，本文将采用已构建的拟合性能良好的维纳退化模型（模型１）对锂离子??电池的容量损耗数据进行拟合，并将模型１的拟合结果与一般的测量误差服从正??态分布的维纳退化模型（模型２）的拟合结果进行比较，进而说明本文所提出的??退化建模与参数估计方法更为有效，同时证实本文所构建的维纳退化模型在实际??生产、生活中也具有较强的适用性。除此之外，我们根据锂离子电池的容量损耗??曲线图５．１可以看出
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑不确定测量和个体差异的非线性随机退化系统剩余寿命估计[J]. 郑建飞,胡昌华,司小胜,张正新,张鑫. 自动化学报. 2017(02)
[2]基于随机Wiener过程的航空发动机剩余寿命预测[J]. 刘君强,谢吉伟,左洪福,张马兰. 航空学报. 2015(02)
[3]Residual life estimation based on bivariate Wiener degradation process with measurement errors[J]. 王小林,郭波,程志君,蒋平. Journal of Central South University. 2013(07)
[4]基于带漂移布朗运动的航材故障预测模型[J]. 赵明,尹常京,张作刚. 装备环境工程. 2013(02)
[5]带测量误差的非线性退化过程建模与剩余寿命估计[J]. 司小胜,胡昌华,周东华. 自动化学报. 2013(05)
[6]基于Gamma退化过程的直升机主减速器行星架剩余寿命预测模型[J]. 张英波,贾云献,冯添乐,邱国栋. 振动与冲击. 2012(14)
[7]基于带漂移布朗运动的滚轮滑轨可靠性预测方法研究[J]. 蔡景,任淑红,陆晓华. 中国机械工程. 2012(12)
[8]动量轮维纳过程退化建模与寿命预测[J]. 厉海涛,金光,周经伦,周忠宝,吴春华. 航空动力学报. 2011(03)
硕士论文
[1]基于自适应维纳过程的剩余寿命预测方法研究[D]. 黄泽毅.浙江大学 2015
本文编号：3328565
【文章来源】：厦门大学福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图４．２个体３的剩余使用寿命的相对误差??图４．２展示了个体３在观测次数分别为１０、３０及５０这三种组合情形下基于??
??图４．３中的（ａ）、（ｂ）、（ｃ）分别表示在不同的异常值组合情形??下利用两种退化建模方法所得到的模型参数的均方根误差的分布情况。通过观察??这三个图不难发现，对于两个退化模型共有的三个参数中的任一参数而言，根据??模型１得到的参数的均方根误差总是小于由模型２得到的均方根误差，且随着常??数漂移项数值ｗ的增大，基于两个退化模型得到的均方根误差之间的差距亦表现??得更为明显。这就意味着在测量误差服从Ｌｏｇｉｓｔｉｃ分布假设下构建的退化模型更??加稳健，能够在较大程度上剔除退化过程中出现的异常波动情况的影响。即使异??常值出现的概率很低时，我们仍然能够通过采用Ｌｏｇｉｓｔｉｃ分布描述测量误差这一??方式增强退化模型的稳健性。??上述内容是基于均方根误差这一评价指标对不同误差假设下的退化模型进??行比较，下文将从平均绝对误差的角度评价两个退化模型对真实退化数据的拟合??性能。将吉布斯抽样产生的潜在退化状态的估计值代入上文介绍的平均绝对误差??的计算公式，我们最终可计算出不同异常波动情形下的平均绝对误差，并将多次??重复试验产生的平均绝对误差绘制于同一图中
图５．１?Ｂ０００６锂离子电池的容量损耗轨迹图??（数据来源：美国国家航空航天局阿姆斯研究中心）??由图５．１可知，随着锂离子电池充放电循环次数的增加，其容量损耗也随之??变化，进而导致剩余使用寿命逐渐缩短。总体上看，锂离子电池容量损耗呈上升??趋势，但仍然存在一部分较为剧烈的波动现象。为了尽可能减弱这些异常值的干??扰作用，本文将采用已构建的拟合性能良好的维纳退化模型（模型１）对锂离子??电池的容量损耗数据进行拟合，并将模型１的拟合结果与一般的测量误差服从正??态分布的维纳退化模型（模型２）的拟合结果进行比较，进而说明本文所提出的??退化建模与参数估计方法更为有效，同时证实本文所构建的维纳退化模型在实际??生产、生活中也具有较强的适用性。除此之外，我们根据锂离子电池的容量损耗??曲线图５．１可以看出
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑不确定测量和个体差异的非线性随机退化系统剩余寿命估计[J]. 郑建飞,胡昌华,司小胜,张正新,张鑫. 自动化学报. 2017(02)
[2]基于随机Wiener过程的航空发动机剩余寿命预测[J]. 刘君强,谢吉伟,左洪福,张马兰. 航空学报. 2015(02)
[3]Residual life estimation based on bivariate Wiener degradation process with measurement errors[J]. 王小林,郭波,程志君,蒋平. Journal of Central South University. 2013(07)
[4]基于带漂移布朗运动的航材故障预测模型[J]. 赵明,尹常京,张作刚. 装备环境工程. 2013(02)
[5]带测量误差的非线性退化过程建模与剩余寿命估计[J]. 司小胜,胡昌华,周东华. 自动化学报. 2013(05)
[6]基于Gamma退化过程的直升机主减速器行星架剩余寿命预测模型[J]. 张英波,贾云献,冯添乐,邱国栋. 振动与冲击. 2012(14)
[7]基于带漂移布朗运动的滚轮滑轨可靠性预测方法研究[J]. 蔡景,任淑红,陆晓华. 中国机械工程. 2012(12)
[8]动量轮维纳过程退化建模与寿命预测[J]. 厉海涛,金光,周经伦,周忠宝,吴春华. 航空动力学报. 2011(03)
硕士论文
[1]基于自适应维纳过程的剩余寿命预测方法研究[D]. 黄泽毅.浙江大学 2015
本文编号：3328565
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