容错飞行控制系统可靠性理论与技术

目录前言第1章 概论 11.1 飞机操纵系统的发展 11.1.1 飞机操纵系统的发展阶段 11.1.2 电传操纵系统的特点 41.1.3 电传操纵系统的挑战 91.2 容错飞行控制系统的关键技术 101.2.1 余度技术 111.2.2 故障诊断与监控技术 111.2.3 容错技术 111.2.4 容错控制技术 131.3 容错控制系统可靠性技术的发展 161.3.1 动态故障树分析法 171.3.2 多态系统理论 181.3.3 Petri网方法 181.3.4 可靠性优化分析方法 191.4 容错飞行控制系统可靠性分析特点 191.4.1 软硬件的相关性 191.4.2 故障的时序性和系统的重构性 201.4.3 系统的动态性能 211.4.4 系统的复杂性 21线上习题 22线下习题 22参考文献 22第2章 基于统计的可靠性理论 262.1 概率统计理论 262.2 可靠性概念及其定量指标 272.2.1 可靠性的基本概念 272.2.2 不可修产品可靠性度量指标 302.2.3 可修产品可靠性度量指标 342.2.4 系统可靠性度量 362.3 常用的统计分布 382.3.1 二项分布 382.3.2 泊松分布 392.3.3 指数分布 402.3.4 正态分布 412.3.5 对数正态分布 422.3.6 威布尔分布 42线上习题 44线下习题 44参考文献 45第3章 基于失效物理的可靠性理论 493.1 材料的退化规律 493.1.1 材料参数的退化模型 493.1.2 材料退化的弹性变形 533.1.3 材料退化的塑性变形模型 553.1.4 材料退化的扩散模型 573.1.5 材料的蠕变过程 583.1.6 材料的应力松弛 593.2 基于疲劳损伤的可靠性度量 613.2.1 循环载荷作用规律 613.2.2 基于疲劳损伤可靠性度量 653.2.3 疲劳寿命预测方法 653.3 基于磨损的可靠性度量 683.3.1 磨损的一般规律 683.3.2 磨损可靠性度量 723.4 基于老化的可靠性表征 723.4.1 考虑温度的老化机理 723.4.2 多场耦合作用下的老化机理 743.4.3 老化可靠性度量 763.5 基于失效物理的可靠性 76线上习题 79线下习题 80参考文献 81第4章 基于成功的系统可靠性分析方法 844.1 基于可靠性框图的可靠性分析方法 844.1.1 串联系统可靠性模型 844.1.2 并联系统可靠性模型 864.1.3 并串联可靠性模型和串并联可靠性模型 874.1.4 表决系统可靠性模型 884.1.5 贮备系统可靠性模型 904.2 网络分析法 954.2.1 网络的基本概念 954.2.2 求网络最小路的方法 964.2.3 最小路不交化 1014.2.4 网络可靠度的计算 104线上习题 104线下习题 105参考文献 105第5章 面向故障的系统可靠性分析方法 1085.1 可修系统和马尔可夫过程 1085.1.1 马尔可夫过程 1085.1.2 单部件可用度建模 1095.1.3 串联可修系统可用度建模 1115.1.4 并联可修系统可用度建模 1135.1.5 状态转移链法 1155.2 故障树分析方法 1205.2.1 故障树分析法 1205.2.2 故障树的结构函数 1285.2.3 故障树的定性分析 1315.2.4 故障树的定量评定 1335.2.5 动态故障树分析 1345.2.6 重要度 138线上习题 142线下习题 142参考文献 144第6章 元件可靠性设计方法 1486.1 电子产品可靠性设计方法 1496.1.1 电子产品的容差分析 1496.1.2 电磁兼容设计 1516.1.3 热设计 1536.2 机械产品的可靠性设计方法 1556.2.1 静强度的可靠性设计 1576.2.2 应力和强度分布及分布参数的确定 1586.2.3 各类强度-应力分布的可靠度计算 1606.2.4 与时间有关的应力-强度可靠性设计 1626.2.5 机械磨损量与其寿命的关系 1636.2.6 机械产品老化过程的可靠度 1656.3 液压泵的可靠性设计示例 1676.3.1 缸体疲劳可靠度 1676.3.2 柱塞疲劳可靠度 1696.3.3 滑靴耐磨可靠性设计 1706.3.4 缸体-配流盘耐磨可靠性设计 1736.3.5 可靠性设计前后泵的可靠度计算 174线上习题 174线下习题 174参考文献 175第7章 飞行控制系统可靠性设计方法 1787.1 容错飞行控制系统安全性要求 1787.2 余度技术 1807.2.1 余度的定义 1807.2.2 余度设计的基本任务 1807.2.3 余度技术的分类 1807.2.4 余度系统设计 1827.3 余度管理 1887.3.1 余度等级 1897.3.2 余度配置 1897.4 监控技术 1937.4.1 比较监控 1937.4.2 自监控 1957.4.3 监控覆盖率和故障门限的确定 2007.5 故障隔离与切换 2057.5.1 故障隔离与切换方式 2057.5.2 系统(故障)状态的确定 2057.5.3 特殊故障的监控与处理 206线上习题 207线下习题 209参考文献 210第8章 容错控制系统故障诊断技术 2168.1 故障检测与诊断技术概述 2168.1.1 动态过程的故障描述及其诊断 2168.1.2 控制系统常用的故障诊断方法 2188.1.3 故障检测与诊断的定量指标 2218.2 基于模型的飞控系统故障检测与诊断方法 2228.2.1 基于通用模型的故障表征 2228.2.2 基于观测器的故障检测与诊断模型的方法 2258.2.3 基于Luenberger观测器的故障检测与诊断模型的方法 2308.2.4 基于奇偶空间的故障检测与诊断模型的方法 2338.2.5 基于卡尔曼滤波器的故障检测与诊断模型的方法 2358.2.6 基于粒子滤波的故障检测与诊断模型的方法 2368.3 故障决策方法 2438.3.1 极限检验与趋势检验 2448.3.2 二元假设决策 2458.3.3 多元假设测试 2468.3.4 序贯概率比测试 247线上习题 248线下习题 248参考文献 249第9章 飞行控制系统容错控制 2549.1 非相似冗余飞行控制系统余度资源分析 2549.2 非相似余度飞行控制系统逐层容错策略 2569.3 非相似余度作动系统的被动容错控制方法 2569.3.1 非相似余度作动系统模型描述与故障建模 2579.3.2 基于凸优化的故障模型控制增益稳定域分析 2589.3.3 被动容错控制器设计 2599.3.4 仿真分析 2609.4 考虑性能降级的非相似余度作动系统主动容错控制 2649.4.1 非相似余度作动系统故障模型建立 2649.4.2 闭环极点移动分析 2659.4.3 多性能降级参考模型集的构建 2669.4.4 仿真结果与分析 2689.5 大型飞机水平安定面损伤情况下的自适应主动容错控制 2709.5.1 基于气动导数的水平安定面断裂损伤建模 2709.5.2 受损水平安定面自适应容错控制器设计 2749.5.3 仿真结果 2769.6 大型多电飞机垂尾损伤的主动容错控制方法 2789.6.1 横侧向主动容错控制 2799.6.2 偏航力矩补偿—发动机差动推力 2809.6.3 主动容错控制律设计 2819.6.4 仿真分析 284线上习题 287线下习题 288参考文献 288第10章 容错控制系统可靠性分析实例 29110.1 容错控制系统实例概述 29110.1.1 A350飞机余度架构 29110.1.2 A350飞控系统逻辑架构 29210.2 基于分层递归的飞控系统三轴可靠性分析 29410.2.1 A350飞机飞行控制系统特征 29410.2.2 A350飞行控制系统物联网络拓扑 29810.3 多电飞机控制系统可靠性建模与分析 30110.3.1 元部件可靠性参数选择 30210.3.2 子系统的可靠性建模分析 30310.3.3 飞机三轴控制系统的可靠性建模分析 311参考文献 316附录 标准正态分布表 322