Файл: Батяев, Б. Г. Исследование надежности и точности линейных систем автоматического управления.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 29.10.2024

Просмотров: 80

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Определение. функция e x i t ) , выражающая плотность вероятности времени отказа, называется частотой отказоь.

Из данного определения следует, что

 

 

а ( 0 = f n ) = f ‘( t) .

 

( i . i s )

пункция a ( t ) нормируется таким образом,

чтобы

 

 

 

ео

 

 

 

 

 

aii)dt

= / .

 

(1 .1 4 )

 

 

V

 

 

 

 

 

о

 

 

 

Из (1 .1 3 )

и (1 .3 )

вытекает следующая зависимость

между Ot(i) и <£(*)

 

 

 

 

 

f i . i s )

Подставляя

сюда значение <f,(t)

из ( 1 ,4 ) ,

получим

 

 

 

a ( t ) = q ' C t ) = - p ' ( i ) .

{1 Л 6 )

Из выражения

( I .1 6 ) следует, что вероятность

отказа с течением

времени возрастает, а вероятность безотказной работы убывает. Веро­

ятность отказа элемента за время

t

может быть определена интегри­

рованием функции a ( i )

в пределах

от

О

до /

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

^ ( 0 = | a ( t ) d t .

(1 .1 7 )

 

 

°

 

 

 

 

 

Подставляя

это значение

^ (7 )

в ( 1 .4 ) ,

найдем вероятность

безотказ­

ной работы

элемента за

время

i

 

 

 

 

 

 

t

 

 

©о

 

 

p ( t ) = 1 - ^ a ( t ) d t ~ j a H ) o U .

 

 

 

c

 

 

i

 

Дадим статистическое истолкование понятия частоты отказов. Пусть г. результате испытаний N однотипных элементов к моменту времени t осталось m U ) исправных элементов. Тогда число исправно работающих



10

элементов к моменту времени Ф+ д i

равно m ( t

+ a t )

. При этом

элементы, которые отказали в процессе испытания, не восполняются.

Таким образом,"

число отказавших элементов за промежуток времени a t

равно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д / г ( 0 » m ( t ) -

 

+

.

 

 

 

 

 

(1Л Э )

Статистическая оценка частоты

отказов выражается следующей формулой

 

 

 

 

 

CL„ Сt)

-

й п U )

 

 

 

 

 

 

(1.20)

 

 

 

 

 

N a t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На основании теоремы Бореля установим,

что а „ Ш

стремится к

a ( t ) .

Действительно,

подставляя

выражение

( I .I 9 )

в формулу (1 .2 0 ),

имеем

 

 

 

 

 

 

 

n a t

 

 

 

 

 

 

 

 

Переходник пределу при N — с о

ж a

t о

,

получим

 

 

a M( t )

 

m ( i )

- m ( t * a t )

 

P(t)

- P ( t t a t )

 

при N-

(1 .21)

 

N a t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

отсюда

следует,

что

P(t) - P( - t +bt )

 

■-p(t) при

a l - ~ - о

, HO

 

 

 

 

 

a i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в силу

(1 ,1 6 ),

a ( t ) = - P ' ( t )

.

Поэтому

 

 

 

 

 

 

a

( t )

=

 

— -

a i t )

 

при N ~

-

и fit — 0.

(1 .2 2 )

 

 

 

Nat

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно,

OL„(t)

стремится

к

< 3(0

и является

ее состоя­

тельной оценкой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 .

 

Интенсивность отказов.

В ряде случаев возникает необходи­

мость вычисления характеристик надежности с учетом предшествующего

состояния элемента. Мы уже рассмотрели одну из таких задач на вы­

числение условной вероятности безотказной работы в промежутке вре­

мени

(

t

, t + Т ) .

Найдем теперь плотность условной

вероятности от­

каза A ( i ) , исходя

из (формулы

( I . I 2 ) .

Полагая

в

этой формуле

T - a t ,

вычислим

Л (О

как предел отношения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(t,

t +at)

 

при

a

t

—-

о .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a t


■чмеем

Л ( г )

=

lisn

л t

сигг

P ( i >'.eLL+*+K

 

 

 

 

 

л{ -*о

д i

о

 

p i t ) й {

 

 

 

(с-т

Я О -PU +at) _ - 4 Й >

 

(Т.23)

 

P<t)At-0

й t

 

/ Э( { )

 

 

 

 

или с учетом

(1 Д 6 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Л ( 0

= ~

^ у -

 

 

 

(1-24)

Величина Л ( ( )

является локальной

характеристикой

надежности,

так

 

как она определяет надежность элемента в данный момент времени i

[? ].

Определение.

Пункция X ( t ) ,

выражающая плотность условной ве­

роятности отказа

в момент t

при условии,

что до

этого момента

 

элемент работал исправно, называется интенсивностью отказов.

 

 

Интенсивность отказов имеет размерность, равную обратной вели­

чине размерности

t .

Установим

связь интенсивности

отказов'

 

 

с введенными выше характеристиками надежности.

 

 

 

 

Прежде

всего

представши

выражение

(1 .2 3 ) в следующем виде

 

 

 

 

М О = - J J - Сп P L O .

 

(1 .2 5 )

далее,

интегрируя

выражение

(1 .25)

в пределах от

О до

t

,

получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

t n p ( t ) - - j x ( t ) d t 7

0

откуда

-J P(0 -- C °

X ( 0 d t

(1 .2 6 )

йз выражения ( I ..26) следует, что вероятность безотказной работы


12

элемента в промежутке времени ( t , t + ъ ) равна

 

p ( * / t )

=

P(t + r)

 

 

(1 .2 7 )

 

pH)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставляя

в выражение

( I . I 2 )

вместо p ( t ( t ) ее

знач°ние из

(1 .2 7 ),

получим

зависимость между

 

 

и Л И )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t + г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- j x t O

d i

 

 

<l(Vt) =

1 - P W t )

 

= / -

(?

'

.

( i *28)

В частности

при i

-

О

имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

/

 

 

 

$ ( ? )

= 1 - р ( * )

-

 

1 - е

 

°

.

(1.29)

наконец,

из

формул (1 .2 4 ) и

(1 .2 6 )

получим зависимость между часто­

той отказов

и интенсивностью

отказов

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a i t ) = М * ) р ( 0 = 4 0 в °

.

(1 .3 0 )

Таким об;разом видим, что по интенсивности отказов можно сравни­

тельно легко вычислять друтиз характеристики надежности, вследствие

чего критерий Л ( 0

имеет широкое применение для оценки надежности

элементов

однократного использования.

 

 

Кроме

т о г о .Л ( t ) может быть определена экспериментально по ре­

зультатам

испытаний.

 

t

 

Пусть

из

/V

испытываемых

элементов к моменту времени

оста­

лось m ( t )

исправных элементов,

а в промежутке времейи ( t

. t

+ h t )

отказало a ri(t)

элементов. Тогда

статистическая оценка интенсивности