一种耦合损伤轨迹动态联合防控的任务可靠性优化方法

1.一种耦合损伤轨迹动态联合防控的任务可靠性优化方法，其特征在于：该方法通过如下两个步骤实现：步骤一：任务过程损伤劣化轨迹建模；运用带附加项的漂移线性维纳过程模型描述任务系统外部随机环境冲击与系统内部退化损伤耦合机制下的性能演变轨迹；该模型通过引入外部冲击的随机影响项以及系统内部损伤的累积效应，量化描述系统在任务环境应力水平下的性能衰退过程，进而支持对系统潜在失效的早期预警；步骤二：任务风险控制策略的建立及优化；首先建立任务系统工作期间一个任务周期内的成本函数；对于一个任务系统，其完成任务所需时间 服从指数分布；系统在执行任务过程中的状态难以通过连续监测实时获取，因此需要在固定的时间间隔 进行检测；单次检测的成本 和检测次数 都会影响整体维护成本；引入任务中止阈值 来构建任务执行过程中的风险应对与成本优化策略,确保在最小化维护与故障成本的同时提升任务可靠性；其中， ； 为失效阈值；在步骤一中，任务过程损伤劣化轨迹建模，表示为： (1)其中， 为任务系统在 时刻的退化量； 为漂移系数； 为扩散系数； 是标准布朗运动，即 ；外部随机冲击的到达通过齐次泊松过程 来描述， 为 时刻冲击到达的累计次数，冲击到达的频率为 ；每次冲击对系统的退化增量 服从正态分布，即 ， 为退化增量的均值， 为退化增量的方差；在步骤二中，在每个检测点，任务周期内的成本分为以下四种场景：（1）任务成功，即任务成功完成且系统退化量小于 ，表示任务完成，获得任务完成收益 ；（2）任务中止，即系统退化量超过 但小于 ，且任务仍未完成，执行任务中止行动，避免失效带来的更大损失，此时仅产生任务失败的成本 ；（3）系统失效，即系统退化量超过 ，发生系统失效，此时必须同时承担任务失败的成本 和系统维修的成本 ，则此时承担的成本为 ；（4）不产生过程损失：考虑到任务持续时间 遵循指数分布，可能会出现第 次检测时任务仍未完成且系统退化量小于中止阈值 的情况；在这种情况下，不产生过程损失。 2.根据权利要求1所述的一种耦合损伤轨迹动态联合防控的任务可靠性优化方法，其特征在于：当任务系统的退化量达到失效阈值 时，系统会发生失效；基于概率分布的动态建模，推导系统在任意时刻的可靠性函数 ： (2)其中， 为标准正态分布的累计分布函数；通过该公式，能够表征平均退化、随机扰动以及外部冲击对系统退化的综合影响，量化描述任务系统在任意时刻的健康状态；在此基础上，推导系统在 时刻的退化量 的概率密度函数： (3)其中， 为以自然常数 为底的指数函数。 3.根据权利要求2所述的一种耦合损伤轨迹动态联合防控的任务可靠性优化方法，其特征在于：根据系统退化量的概率密度函数，对于一个随机时长的任务，若其任务持续时间 的概率密度函数为 ，则在 时刻的任务可靠性函数表示为： (4)。 4.根据权利要求1所述的一种耦合损伤轨迹动态联合防控的任务可靠性优化方法，其特征在于：任务成功：系统在上一次退化状态检测，即 时未执行任务中止行动，并在上次本次退化状态检测之间，即 到 之间成功完成任务；任务系统在这种情况下需要满足的条件为：任务时长在 和 之间，即 ；系统在 时刻的退化量小于失效阈值 ,即 ；系统在 时刻的退化量小于中止阈值 ，即 ；令 和 分别表示系统在 和 时的退化量，任务系统在 之后的 时刻的可靠性为： (5)其中， 表示 时刻外部冲击发生 次的概率； 为外部随机冲击对系统造成的退化量增量， 是 的分布密度函数，即： (6) (7)任务成功的成本函数为： .(8)其中， 为任务持续时间 的概率密度函数， 为任务完成收益， 为系统在 时刻退化量 取值为 的概率密度函数。 5.根据权利要求1所述的一种耦合损伤轨迹动态联合防控的任务可靠性优化方法，其特征在于：任务中止：若要执行任务中止行动，要保证系统在 时正常工作，并且在 时退化量超过 ；任务系统在这种情况下需要满足的条件为：任务时长大于 ，即 ；系统在 时刻的退化量小于中止阈值 ，即 ；系统在 时刻的退化量在中止阈值 和失效阈值 之间，即 ；任务中止的成本函数为： (9)其中， 表示系统在 时刻的退化量小于 的概率， 为单次检测的成本； 为任务失败的成本； 为系统在 时刻退化量 取值为 的概率密度函数； (10)。 6.根据权利要求1所述的一种耦合损伤轨迹动态联合防控的任务可靠性优化方法，其特征在于：系统失效：任务系统在外部随机冲击与系统损伤退化共同作用下产生失效；这种场景需要满足的条件为：系统在 时正常工作，未执行中止行动，然而在 时退化量超过了 ；任务系统在这种情况下需要满足的条件为：任务时长大于 ，即 ；系统在 时刻的退化量大于失效阈值 ，即 ；系统在 时刻的退化量小于中止阈值 ，即 ；系统失效的成本函数为： (11)其中， 为系统维修的成本。 7.根据权利要求1所述的一种耦合损伤轨迹动态联合防控的任务可靠性优化方法，其特征在于：不产生过程损失：由于任务持续时间 遵循指数分布，可能会出现第 次检测时任务仍未完成且系统退化量小于中止阈值 的情况；不产生过程损失的成本函数记为： (12)一个任务周期内的期望总成本为： (13)。 8.根据权利要求1所述的一种耦合损伤轨迹动态联合防控的任务可靠性优化方法，其特征在于：引入遍历优化算法，实现成本与可靠性之间的最佳平衡；遍历优化算法为：A.输入任务系统的退化参数、冲击参数和任务成本参数；B.设置算法的遍历范围 ，搜索步长 ，遍历次数 ；C.初始化迭代次数 ，一个任务周期内的期望总成本 ；D.令维护检测间隔 ；E.令任务中止阈值 ；F.计算一个任务周期内的期望总成本 ；G.令 ；H.令 ，判断 是否成立，成立则返回步骤E，不成立则进入步骤I；I.令 ，判断 是否成立，成立则令 并返回步骤D，不成立则进入步骤J；J.输出 。