模糊分析應(yīng)用于月球車(chē)機(jī)構(gòu)電機(jī)可靠性研究
陳楠，竇滿(mǎn)鋒
(西北1二業(yè)大學(xué)，陜西西安710072)
摘要：針對(duì)月球環(huán)境的前提，對(duì)單結(jié)構(gòu)、雙余度有刷直流電動(dòng)機(jī)建立結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)模型，用模糊算法進(jìn)行可靠性對(duì)比研究。在概率運(yùn)算的基礎(chǔ)上，引入模糊算子，采用故障樹(shù)的模糊分析法，分別進(jìn)行可靠性的模糊分析和模糊評(píng)價(jià)。
關(guān)鍵詞：月球車(chē)；可靠性；模糊分析；直流電動(dòng)機(jī)
0引 言
月球車(chē)一類(lèi)空間行走器在深空探測(cè)任務(wù)中擔(dān)任重要角色，在月球車(chē)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)方面，稀土永磁有刷直流電動(dòng)機(jī)以輸出轉(zhuǎn)矩大、能夠頻繁開(kāi)關(guān)機(jī)、高低溫適應(yīng)性強(qiáng)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(dòng)機(jī)可靠性高、控制方便的優(yōu)勢(shì)更為明顯。
月球車(chē)任務(wù)對(duì)每個(gè)結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)的可靠性有極高的要求，其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的直流電動(dòng)機(jī)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(jī)和雙余度電機(jī)為研究對(duì)象進(jìn)行可靠性研究分析，并定量比較，得出結(jié)論。由于設(shè)計(jì)技術(shù)和使用環(huán)境的復(fù)雜性，其間有諸多的不確定性因素影響著直流電動(dòng)機(jī)工作的壽命和可靠性，則考慮運(yùn)用非確定性的數(shù)學(xué)方法，即在概率運(yùn)算基礎(chǔ)上進(jìn)行模糊分析，分別采用結(jié)構(gòu)故障樹(shù)模糊分析法和系統(tǒng)模糊預(yù)計(jì)分析對(duì)兩者進(jìn)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(duì)此種電機(jī)應(yīng)用的可靠性和可行性作出評(píng)價(jià)。
1空間直流電動(dòng)機(jī)模糊可靠性
1 1電機(jī)結(jié)構(gòu)故障樹(shù)的模糊分析
1．1．1故障樹(shù)模糊分析
故障樹(shù)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(jī)工作月球環(huán)境的模糊性以及數(shù)據(jù)的不精確，都會(huì)對(duì)電機(jī)故障發(fā)生的概率產(chǎn)生影響，因此難以用一精確值來(lái)表示故障發(fā)生的概率。此時(shí)，就可以對(duì)故障樹(shù)進(jìn)行模糊分析。
模糊分析法在充分利用先由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的同時(shí)，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(jī)可靠性工程上，需估計(jì)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(shù)模糊分析中是用空間電機(jī)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(yàn)和主觀判斷。模糊數(shù)強(qiáng)調(diào)的是經(jīng)驗(yàn)在系統(tǒng)可靠性分析和評(píng)價(jià)中的重要性。其隸屬函數(shù)主要根據(jù)人的經(jīng)驗(yàn)，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(shí)程度。
l 1．2單余度電機(jī)結(jié)構(gòu)故障樹(shù)模型
由單余度電機(jī)結(jié)構(gòu)建立的故障樹(shù)模型如圖l所示。
l l 3定義由模糊數(shù)表示電機(jī)結(jié)構(gòu)單元故障概率
令電機(jī)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(shí)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(yàn)和統(tǒng)計(jì)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(jī)參考資料和同類(lèi)產(chǎn)品對(duì)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(jìn)行分析
(1)故障樹(shù)中的與門(mén)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(mén)模糊算子可記為：
即與門(mén)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(yùn)算法則可確定如下：
(2)故障樹(shù)中的或門(mén)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(mén)模糊算子可記為：
即或門(mén)的輸出為一模糊數(shù)，三參數(shù)為P αOR，P αOR和P |
