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电力电子电路参数辨识与故障预测方法研究

杨媛媛  
【摘要】:作为飞行器组成的重要部分,机载电子设备的可靠性直接影响飞行器性能。电力电子电路通常在机载电子设备中充当电源、电机驱动器或核心控制器等,其稳定性已经成为影响飞行器安全性能的关键影响因素之一。对电力电子电路进行故障预测可以有效监测系统故障及故障发展趋势,实现对系统的事先维修,避免重大事故的发生。因此电力电子电路的故障预测技术对提高整个系统的安全性与可靠性具有十分重要的意义。 本文主要研究了以下两方面内容: (1)基于混合系统理论的电力电子电路建模及参数辨识方法。本文主要研究了电力电子电路关键器件的失效机理,分析并建立了可应用于电路建模的电力电子关键器件的等效电路模型,其中包括电解电容器、功率MOSFET、功率二极管、变压器等。研究了混合系统理论,结合各器件的失效模型建立了电力电子电路的混合自动机模型,并分别以BUCK和BOOST电路为例,详细描述了该模型的建立过程。描述了一次最小二乘算法、递推最小二乘算法、渐消最小二乘算法等三种参数辨识算法,分别采用三种算法针对工作在理想、器件故障、有/无噪声干扰条件下的BUCK电路及全桥电路进行了仿真及实验研究,定量分析了影响辨识精度的因素。 (2)电力电子电路故障预测方法。针对电力电子电路的高频、非线性工作特点,详细分析了BUCK电路的工作状态及输出特性,得到输出平均电压、输出纹波、输出纹波比、故障概率等四种故障评价指标。研究了粒子滤波算法、LSSVM算法与LSSVM-PF算法等三种故障预测算法,并描述了三种算法用于故障预测的具体思路及步骤。以电解电容器为例采用LSSVM算法与粒子滤波算法进行了故障预测,并对比分析了这两种预测算法中存在的问题,提出LSSVM-PF预测算法作为改进方法。最后以BUCK电路为例描述了采用LSSVM-PF算法进行故障预测的详细步骤并进行了仿真实验,实验结果证明了本文方法的有效性。


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