留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于矩独立重要度的电路系统容错设计方法

卢震旦 陈云霞 金毅 何小斌

卢震旦, 陈云霞, 金毅, 等 . 基于矩独立重要度的电路系统容错设计方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(2): 324-330. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0233
引用本文: 卢震旦, 陈云霞, 金毅, 等 . 基于矩独立重要度的电路系统容错设计方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(2): 324-330. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0233
LU Zhendan, CHEN Yunxia, JIN Yi, et al. Fault-tolerant design method for circuit system based on moment-independent importance[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2020, 46(2): 324-330. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0233(in Chinese)
Citation: LU Zhendan, CHEN Yunxia, JIN Yi, et al. Fault-tolerant design method for circuit system based on moment-independent importance[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2020, 46(2): 324-330. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0233(in Chinese)

基于矩独立重要度的电路系统容错设计方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0233
详细信息
    作者简介:

    卢震旦  男, 博士研究生。主要研究方向:产品耐久性分析与试验技术

    陈云霞  女, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:产品故障学、复杂系统可靠性建模与仿真、高可靠长寿命产品设计与试验技术等

    金毅  男, 博士研究生。主要研究方向:系统故障学、产品耐久性分析与试验技术

    何小斌  男, 博士。主要研究方向:新型空间电源系统控制技术

    通讯作者:

    陈云霞. E-mail: chenyunxia@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: TM133.3

Fault-tolerant design method for circuit system based on moment-independent importance

More Information
  • 摘要:

    电路系统在运行过程中不可避免会发生失效,而容错设计可以有效降低失效风险。传统的电路系统容错方法主要是根据设计人员经验认知对电路系统进行分析改进,但是通常难以准确确定对系统性能影响显著的重要元器件。因此,提出了一种基于重要度分析的电路系统容错设计方法。首先,提出了电路系统矩独立重要度定义与计算方法,以对电路系统中各元器件的矩独立重要度进行计算和排序;然后,给出了冗余系数与冗余次数的定量关系,并提出重要度-冗余系数的映射准则,以此为基础即可实现电路系统的最佳容错设计;最后,以某空间电源稳压器电路为案例,验证了所提方法的有效性。所提基于矩独立重要度的电路系统容错设计方法对改进电路系统容错能力、提高电路系统可靠性有重要意义。

     

  • 图 1  矩独立重要度计算过程

    Figure 1.  Calculation process of moment-independent importance

    图 2  稳压器电路图[15]

    Figure 2.  Schematic of regulator circuit[15]

    图 3  电路理论响应波形

    Figure 3.  Theoretical response waveform of circuit

    图 4  以R7为示例的容错设计等效原理图

    Figure 4.  Equivalent schematic of fault-tolerant design with R7 as an example

    图 5  容错设计前后波形对比

    Figure 5.  Comparison of waveforms before and after fault-tolerant design

    表  1  电路系统重要度计算结果

    Table  1.   Results of circuit system importance calculation

    元器件编号 重要度
    R7 0.054 324
    R6 0.021 397
    CX2 0.002 228
    R21 0.001 047
    R20 0.000 866
    R4 0.000 254
    R16 0.000 238
    R3 0.000 218
    CX1 0.000 218
    LX1 0.000 215
    R13 0.000 210
    R1 0.000 206
    C1 0.000 200
    R10 0.000 187
    R11 0.000 187
    R9 0.000 184
    R2 0.000 177
    R15 0.000 172
    R5 0.000 170
    R19 0.000 164
    R14 0.000 163
    R12 0.000 160
    R18 0.000 158
    R8 0.000 144
    C2 0.000 137
    R17 0.000 137
    下载: 导出CSV

    表  2  部分元器件冗余系数及冗余次数

    Table  2.   Redundancy coefficient and times of some components

    元器件编号 重要度 冗余系数 冗余次数
    R7 0.054 324 0.35 2.86
    R6 0.021 397 0.85 2.83
    CX2 0.002 228 1.35 0.74
    R21 0.001 047 1.35 0.74
    R20 0.000 866 1.35 0.74
    R4 0.000 254 1.85 0.54
    R16 0.000 238 1.85 0.54
    R3 0.000 218 1.85 0.54
    R17 0.000 137 1.85 0.54
    下载: 导出CSV
  • [1] 俞保平, 俞佳.电力电子电路容错控制研究[J].现代电子技术, 2014, 37(20):154-156. doi: 10.3969/j.issn.1004-373X.2014.20.044

    YU B P, YU J.Fault tolerant control of power electronic circuit based on MLD model[J].Modern Electronics Technique, 2014, 37(20):154-156(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1004-373X.2014.20.044
    [2] 邢琰, 吴宏鑫, 王晓磊, 等.航天器故障诊断与容错控制技术综述[J].宇航学报, 2003, 24(3):221-226. doi: 10.3321/j.issn:1000-1328.2003.03.001

    XING Y, WU H X, WANG X L, et al.Survey of fault diagnosis and fault-tolerance control technology for spacecraft[J].Journal of Astronautics, 2003, 24(3):221-226(in Chinese). doi: 10.3321/j.issn:1000-1328.2003.03.001
    [3] KIM M C, SEO J, JUNG W, et al.Evaluation of effectiveness of fault-tolerant techniques in a digital instrumentation and control system with a fault injection experiment[J].Nuclear Engineering and Technology, 2018, 51(3):692-701. http://cn.bing.com/academic/profile?id=d0764e64854f16d04b225849ea5408d0&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [4] TEIFEL J.Self-voting dual-modular-redundancy circuits for single-event-transient mitigation[J].IEEE Transactions on Nuclear Science, 2008, 55(6):3435-3439. doi: 10.1109/TNS.2008.2005583
    [5] LEVITIN G, XING L, BEN-HAIM H, et al.Effect of failure propagation on cold vs.hot standby tradeoff in heterogeneous 1-out-of-N:G systems[J].IEEE Transactions on Reliability, 2015, 64(1):410-419. doi: 10.1109/TR.2014.2355514
    [6] HADDOW P C, TYRRELL A M.Challenges of evolvable hardware:Past, present and the path to a promising future[J].Genetic Programming and Evolvable Machines, 2011, 12(3):183-215. doi: 10.1007/s10710-011-9141-6
    [7] YAO X, HIGUCHI T.Promises and challenges of evolvable hardware[J].IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics, Part C (Applications and Reviews), 1999, 29(1):87-97. doi: 10.1109/5326.740672
    [8] SRIVASTAVA A K.Design and simulation of virtual reconfigurable circuit for a fault tolerant system[C]//Recent Advan-ces & Innovations in Engineering.Piscataway, NJ: IEEE Press, 2014: 14631268. https://www.researchgate.net/publication/266402677_Design_and_simulation_of_virtual_reconfigurable_circuit_for_a_Fault_Tolerant_System
    [9] 吴会丛, 王金泽, 周万珍.基于容错测试的高鲁棒性模拟电路演化设计研究[C]//静电放电: 从地面新技术应用到空间卫星安全防护-中国物理学会全国静电学术会议论文集.北京: 中国物理学会, 2015: 96-102. http://cpfd.cnki.com.cn/Article/CPFDTOTAL-WLJD201508001104.htm

    WU H C, WANG J Z, ZHOU W Z.Evolutionary design of robust analog circuit based on fault-tolerance test[C]//Electrostatic Discharge: Application of New Ground Technology to Safety Protection of Space Satellites-National Electrostatic Academic Conference of the Chinese Physical Society.Beijing: Chinese Physical Society, 2015: 96-102(in Chinese). http://cpfd.cnki.com.cn/Article/CPFDTOTAL-WLJD201508001104.htm
    [10] 褚杰, 满孟华, 常小龙, 等.复杂电磁环境中高可靠性TMR-EHW电机控制电路设计[J].高电压技术, 2012, 38(9):2314-2321. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gdyjs201209025

    CHU J, MAN M H, CHANG X L, et al.Design of motor control circuit based on TMR-EHW in complex electromagnetic environment[J].High Voltage Engineering, 2012, 38(9):2314-2321(in Chinese). http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gdyjs201209025
    [11] 张峻宾, 蔡金燕, 孟亚峰.基于EHW和RBT的电路故障自修复策略性能分析[J].北京航空航天大学学报, 2016, 42(11):2423-2435. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0742

    ZHANG J B, CAI J Y, MENG Y F.Performance analysis of circuit fault self-repair strategy based on EHW and RBT[J].Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2016, 42(11):2423-2435(in Chinese). doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0742
    [12] CUI L J, LÜ Z Z, ZHAO X P.Moment-independent importance measure of basic random variable and its probability density evolution solution[J].Science in China Series E:Technological Sciences, 2010, 53(4):1138-1145. doi: 10.1007/s11431-009-0386-8
    [13] LI L, LU Z, CHEN C.Moment-independent importance measure of correlated input variable and its state dependent parameter solution[J].Aerospace Science and Technology, 2016, 48:281-290. doi: 10.1016/j.ast.2015.11.019
    [14] FONTANA G.Revisited generalized substitution theorem and its consequences for circuit analysis[J].International Journal of Circuit Theory and Applications, 2016, 45(9):1249-1298. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=10.1002/cta.2285
    [15] LM340, LM340A and LM7805 family wide VIN 1.5-A fixed voltage regulators[EB/OL].Texas: Texas Instruments, 2016[2019-05-17].http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm7800.pdf.
  • 加载中
图(5) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  348
  • HTML全文浏览量:  3
  • PDF下载量:  149
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-05-18
  • 录用日期:  2019-08-23
  • 刊出日期:  2020-02-20

目录

    /

    返回文章
    返回
    常见问答