基于多退化量的动量轮剩余寿命预测方法

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1、基于多退化量的动量轮剩余寿命预测方法摘要：动量轮是卫星姿态控制系统的关键部件，对卫星的可靠性及整体寿命有直接影响。针对卫星动量轮的剩余寿命预测问题，提出一种基于Copula函数的多退化量下的寿命预测方法。首先，分析了影响动量轮寿命的关键因素，选择润滑剂剩余量和电流作为退化量；其次，分别对单个退化量进行退化建模，得到动量轮剩余寿命的边缘分布函数；然后，通过Copula函数族来描述多退化量之间的相关性，并对边缘分布进行融合，得到动量轮剩余寿命的联合分布函数；最后，提出基于赤池信息准则模型评价的Copula函数选择方法关键词：寿命预测；可靠性；性能退化；Copula函数;动量轮中图分类号：TB11

2、4.3文献标志码：A文章编号：1005-261503-0360-07RemainingLifetimePredictionforMomentumWheelBasedonMultipleDegradationParametersLiuShengnan，LuNingyun，ChengYuehua，JiangBin，XingYanAbstract：Momentumwheelisacriticalcomponentinsatelliteattitudecontrolsystems.Itsremaininglifetimehasadirectimpactonthereliabilityandtheus

3、efullifeofanon-orbitsatellite.Alifetimepredictionmethodbasedonmultipledegradationparametersisproposed.KeyfactorsconnectingtotheMW’slifetimeareanalyzed.Thelubricantremainingamountandcurrentareselectedastwodegradationparametersofanin-serviceMW.Then，twomarginaldistributionfunctionsofMW’sremaininglifet

4、imeareobtainedusingthetwodegradationparametersrespectively.Afterthat，Copulafunctionisadoptedtodescribethecorrelationbetweenthetwodegradationparameters.Thejointdistributionfunctionisthenderivedbyfusingthetwomarginaldistributionfunctions.Thus，aremaininglifetimepredictionmodelisobtained.Finally，theAka

5、ikeinformationcriterionisusedtoselectthebestCopulafunction.Keywords:lifetimeprediction；reliability；degradation;Copulafunction；momentumwheel动量轮是卫星三轴稳定控制系统中的主要执行部件，一般包括轴承组件、电机组件、壳体组件和轮体组件4个部分。动量轮的寿命直接影响卫星的使用寿命，实现动量轮剩余寿命的准确预测，对提高卫星可靠性进而延长卫星使用寿命具有重要意义。基金项目：国家自然科学基金资助项目。收稿日期：2015-02-01；修订日期：2015-04-28由于

6、动量轮失效机理复杂、价格昂贵，难以进行大样本加速寿命试验，因此目前并没有成熟的动量轮失效机理模型。针对这一类对象，利用没备退化数据建立其性能退化模型是目前被广泛使用的寿命预测方法［1］。现有研究表明，卫星姿态控制系统中，动量轮失效与多种因素相关［2］。外部环境季节性变化、轴承温度、润滑剂系统失效、微振动、电流、转速等冈素都可能影响动量轮寿命［3］。现有的基于数据的剩余寿命预测方法，大多仅考虑单一退化量对剩余寿命的影响，而实际上，动量轮寿命受多个因素的共同影响。譬如，文献［4］研宄了润滑剂失效物理特性，建立了润滑剂耗损模型用来预测JB-3动量轮轴承组件寿命；文献［5］以动量轮轴承温度作为动量轮

7、的寿命特征量，利用经验模式分解提取时间变化趋势，建立了动量轮的退化模型，进行在轨动量轮寿命预测；文献［6］使用基于RVMPF的预测方法，以动量轮轴承温度等指标作为动量轮的寿命特征值，建立动量轮的退化模型并进行其寿命预测；文献［7］分析了某型号5个动量轮轴承温度的遥测数据，对其轴温进行性能退化趋势建模，用来预测动量轮剩余寿命；文献［8］指出动量轮失效的关键是供油系统的剩余油量，对动量轮润滑的失效机理进行研究，得