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1、故障树分析诊断方法,分析系统故障产生的原因，计算系统各单元的可靠度，以及对整个系统的影响，从而搜寻薄弱环节，以便在设计中采取相应的改进措施，实现系统优化设计。,兼顾了基于规则和基于定量模型诊断的优点。为复杂系统的故障搜寻提供了一种有效的途径。,一、故障树分析法的目的：,工程上的主要应用：,系统的可靠性分析、评价,系统的安全性分析与事故分析,改进系统设计,故障诊断与检修流程的制定,运行、管理人员的培训,故障树的基本概念,二、故障树FT模型 是一个基于被诊断对象结构、功能特征的行为模型，是定性的因果模型，,例如： 顶事件：系统故障，由部件A或部件B引发， 而部件A的故障又是由两个元器件1、2中的一
2、个失效引起的， 部件B的故障在两个元器件3、4同时失效时发生,根据故障搜寻方式不同，又可分为： 逻辑推理诊断法 最小割集诊断法。,以系统最不希望事件为顶事件，以可能导致顶事件发生的其他事件为中间事件和底事件，并用逻辑门表示事件之间联系的一种倒树状结构。它反映了特征向量与故障向量(故障原因)之间的全部逻辑关系。,由计算机依据故障与原因的先验知识和故障率知识自动辅助生成故障树，并自动生成故障树的搜索过程。,故障树的基本概念,诊断过程：,从系统的某一故障开始，沿着故障树不断提问“为什么出现这种现象”，而逐级构成一个递阶故障树，通过对此故障树的启发式搜索，最终查出故障的根本原因。,在提问过程中，有效合
3、理地使用系统的实时动态数据将有助于诊断过程的进行。,基于故障树的诊断方法类似于人类的思维方式，易于理解，实际中大多与其他方法结合使用。,故障树的基本概念,三、故障树分析(RA),不仅能分析硬件的影响，还能分析人为因素；,环境因素及软件的影响；,不仅能反映单元故障对设备的影响，而且能反映几个单元故障组合对设备的影响，还能把这种影响的中间过程用故障树清楚地表示出来。,故障树的基本概念,故障树符号,建造故障树时，通常使用事件符号和逻辑门符号,故障树的基本概念,故障树符号（续）,故障树的基本概念,一、故障树分析的一般步骤,根据分析要求和人力，物力情况，选择其中几步进行。,确定所要分析的系统,熟悉系统,
4、调查系统发生的故障,确定故障树的顶事件,调查引起顶事件发生的基本事件,建造故障树,定性分析,定量分析,比较分析,安全性评价,首先确定要分析的系统所包含的及其边界条件。,确切了解系统的构成、功能、工艺过程，操作运行情况、各种重要参数和越限指标等。,包括过去和现在的所有故障,系统不希望发生的事件,故障树的基本概念,二、故障树建造的一般方法,建造故障树是最为关键的一环，只有建造出正确合理的故障树，才能搜寻到真正的故障部件。,1、建树的一般规则如下：,（1）准确地描述故障事件；,（2）判明结果事件是属于部件故障状态还是系统故障状态；,从顶事件开始，,找出设备的所有可能的故障模式，以最不希望发电的故障模
5、式作为顶事件。,（3）对于某个门，再进一步分析这个门的输入事件之前，要寻找到这个门的所有输入事件，并完整、准确地定义所有的输入事件；,含硬件故障、软件故障、人为因素、环境因素等,（4）门的所有输入都应当是正确定义了的故障，门不能与门直接相连，以免造成建树混乱；,故障树的基本概念,二、故障树建造的一般方法,（1）广泛收集并分析有关技术资料；,（2）选择顶事件；,要求对设备必须有深刻的了解，故障的定义要准确，设备的边界确定要合理。,找出设备的所有可能的故障模式，以最不希望发电的故障模式作为顶事件。,（3）用逻辑门连接顶事件和直接原因事件；,含硬件故障、软件故障、人为因素、环境因素等,2、故障树建造
6、,（4）如此逐级向下发展，直到最低一级原因事件郁不能再分的底事件为止；,（5）故障树的简化,这样便建造出一棵以给定顶事件为“根”，中间事件为“枝”，底事件为“叶”的倒置的N级故障树。,简化的原则是去掉逻辑多余事件，用简单的逻辑关系表水之。,故障树的基本概念,3、故障树建造（续）,建树的一般步骤如下：,故障树的简化常用的方法有“修剪法”和“模块法”。,用目测或布尔代数运算吸收以去掉逻辑多余事件,是将故障树中的底事件化成若干个底事件的集合，每个集合都是互斥的，即其包含的底事件在其他集合中不重复出现。,故障树的定性分析,故障树的定性分析是故障树分析最为关键的一步，是定量分析的基础。,故障树定性分析的
7、目的：,由于故障信息有时难以获得，特别是人的可靠性难以定量化，所以故障树分析往往只能进行到定性阶段，即寻找到故障树的全部最小割集,在于寻找导致顶事件发生的基本事件(底事件)或基本事件的组合，即识别出导致顶事件发生的所有故障模式。,故障树的定性分析,故障树定性分析工作包括以下3方面内容：,对故障树进行规范化处理,采用故障树分折算法(上行法或下行法)对故障树进行处理，得到故障树全部最小割集,对故障树进行简化和模块化处理,减小故障树的规模，节省处理工作量,将非规范化的逻辑门或事件，例如禁止门、异或门、房形事件等按等效变换为规范化的逻辑门或事件，使建造出来的故障树为仅含有基本事件、结果事件以及“与”、
8、“或”等几种逻辑门的故障树,故障树的定性分析,故障树的数学描述,假设所研究的设备及其组成的部件、元器件等只取正常和故障两种状态，并假设部件、元器件的故障是相互独立的。,（i=1，2，3，n）,底事件i发生(部件、元器件故障),为底事件i的状态变量，仅取0或1两种状态。,底事件i不发生(部件、元器件故障),1）定义：,顶事件发生(设备故障),顶事件不发生(设备故障),底事件状态：,顶事件状态：,故障树的定性分析,故障树的数学描述（续）,故障树顶事件是设备所不希望发生的故障状态，=1；,相应的底事件状态为元器件故障状态，x1=1。,顶事件状态全由故障树底事件状态X所决定，即=(X)， 其中X(x1
9、，x2，xn)， 称(X)为故障树的结构函数。,2）故障树的结构函数,故障树的定性分析,故障树的数学描述（续）,当全部部件、元器件发生故障时，设备才有故障,3）与门结构函数,式中，n为底事件数。当xl仅取0或1两值时，上式可改写为：,（i=1，2，3，n）,故障树的定性分析,故障树的数学描述（续）,4）或门结构函数,只要一个部件、元器件发生故障时，设备才有故障,式中，n为底事件数。当xl仅取0或1两值时，上式可改写为：,（i=1，2，3，n）,割集和最小割集,故障树定性分析的目的是寻找导致顶事件发生的原因或原因组合，识别导致顶事件发生的所有故障模式，即所有最小割集。,所谓割集是指设备的一些底事
10、件集合，当这些底事件同时发生时，顶事件必然发生。,1、割集及最小割集的定义,一个最小割集代表设备的一种故障模式，故障诊断时，可以逐个测试最小割集即故障模式，从而搜寻故障源。,而最小割集是指割集中所含的底事件除去任何一个时，就不再为割集了,割集和最小割集,所谓路集是指设备的一些底事件集合，当这些底事件同时发生时，顶事件不发生。,2、路集及最小路集的定义,而最小路集是指路集中所含的底事件除去任何一个时，就不再为路集了,割集和最小割集,2、最小割集的求解方法,1）下行法,采用由上而下的故障树搜寻法，它是根据下面的性质：,逻辑与门仅增加割集容量，不增加割集的个数,而逻辑或门增加割集个数，不增加割集底事
11、件数目,遇到与门就把与门下面所有输入事件都排列于一行,遇到或门就把或门下面所有输入事件都排列于一列，依次类推,一直到不能分解，全部换成底事件为止。,这样得到的割集再通过两两比较，根据最小割集的定义，去除那些非最小割集，余下的即为故障树的全部最小割集。,割集和最小割集,2、最小割集的求解方法,1）下行法,其结构函数可以表示为：,割集和最小割集,对如下图的故障树其下行法求解过程：,步骤1：顶事件下面为或门，故x1，M1，x2各自排成一列；,步骤2：M1下面为与门，将M1，M3排一行(横向并列)取代M1；,步骤3：M2下面是逻辑或门，将x3，x4，x5，x6分别与M3并列各排一行；,步骤4：M3下面
12、是逻辑或门，将M2，M3共展开到16行，得到18个割集；,步骤5：根据最小割集的定义，得到x3，x5，x6，x1，x2 最小割集；,步骤6：根据最小割集的定义，进一步简化得到全部最小割集 x3，x5 ，x6 ，x1 ，x2 ，x4，x7,割集和最小割集,2、最小割集的求解方法,1）上行法,从底事件开始，自下而上逐步进行事件的集合运算。,将或门输出事件表示为输出事件的并(布尔和),将与门事件表示为输入事件的交(布尔积),这样向上层层代入，最后按布尔代数吸收律和等幂律来化简，将顶事件表示为底事件若干积项之和的最简式。,其中每一项对应于故障树的一个最小割集，全部积项即是故障树的所有最小割集。,割集和
13、最小割集,对如下图的故障树其上行法求解过程：,步骤1：故障树最下一级为：,步骤2：往上一级为：,步骤3：最上一级为：,得到全部最小割集x3,将故障树简化为顶事件与最小割集的逻辑或关系。,，x5,，x4，x7,，x6,，x1,，x2,割集和最小割集,对如下图的故障树其上行法求解过程：,简化的故障树：,结构函数：,基于故障树定性分析的故障诊断,求得全部最小割集后，如果有足够的数据，能够对故障树中各个底事件和各个最小割集的发生概率做出计算，进行定量分析；,若数据不足，则进行定性分析，并作故障推理与诊断,1、逻辑推理诊断法,此种故障搜寻法，采用从上而下的测试方法,这样层层分析测试，直到侧试底事件，搜寻
14、到故障原因及部位。,从故障树顶事件开始，先测试最初的中间事件，根据中间事件测试结果判断下一织中间事件是否有故障，并进行测试。,基于故障树定性分析的故障诊断,2最小割集诊断法,一个最小割集代表系统的一种故障模式。故障诊断时，也可逐个测试最小割集，从而搜寻故障源，进行故障诊断。,可以先根据每个最小割集所含底事件数目(级数)排序，在各个底事件发生概率比较小，差别相对不大的条件下，依据以下规则进行测试诊断：,（1）级数越小的最小割集超重要；,（2）在低级最小割集中出现的底事件比高级最小割集中的底事件重要；,（3）在同一级最小割集的条件F，在不同最小割集中重复出现次数越多的底事件越重要,基于故障树定性分
15、析的故障诊断,1)捷联惯导系统电路的组成及工作原理,系统电路由6块电路板组成，各电路问的信号连接关系如图所示。,3诊断实例分析捷联惯导系统电路故障诊断,其工作流程如下：,系统加电后，电机电源模块产生三相方波电源，驱动陀螺电机运转,激磁信号模块产生激磁信号，送到陀螺的信号器中,两个陀螺的输出信号分别输入到各自的信号处理模块及力反馈电路中，,同时激磁信号也输入到信号处理模块中作解调用。,信号处理模块分别输出各自对应陀螺的输入检测信号和随角速度变化的电流信号。,基于故障树定性分析的故障诊断,1)捷联惯导系统电路的组成及工作原理,3诊断实例分析捷联惯导系统电路故障诊断,电流由施矩继电器控制是否流经陀螺
16、力矩器,流经力矩器的电流经采样电阻转换成电压信号，再送入电压放大级放大输出，之后送到模拟开关。,基于故障树定性分析的故障诊断,1)捷联惯导系统电路的组成及工作原理,3诊断实例分析捷联惯导系统电路故障诊断,陀螺T1和T2的检测输入信号送到检测输出电路,陀螺正常运行产生的一个稳定的，频率为102.5Hz的正弦检测信号,该电路判断陀螺的工作状态，并输出陀螺故障/有效信号和继电器控制信号。,陀螺正常时，故障/有效信号为高电平; 反之为低电平,基于故障树定性分析的故障诊断,1)捷联惯导系统电路的组成及工作原理,3诊断实例分析捷联惯导系统电路故障诊断,故障/有效信号接入单片机的I/O口,通过此信号的电平来判断陀螺的工作状态，以确定是正常采集数据，还是发出报警信号。,该电路判断陀螺的工作状态，并输出陀螺故障/有效信号和继电器控制信号。,基于故障树定性分析的故障诊断,1)捷联惯导系统电路的组成及工作原理,3诊断实例分析捷联
