一種功率變換器主電路的智能自修復(fù)技術(shù)的制作方法
【專利摘要】一種功率變換器主電路的智能自修復(fù)技術(shù)，屬于電路測(cè)試領(lǐng)域。該方法包括如下步驟：1)對(duì)主電路進(jìn)行仿真和分析，確定主電路功率管的故障類型、數(shù)目、測(cè)試節(jié)點(diǎn)(即電壓或電流信息)等；2)利用可測(cè)節(jié)點(diǎn)采集故障信息，并實(shí)施特征提取，進(jìn)行分類器的離線訓(xùn)練，構(gòu)建故障字典并存儲(chǔ)在CPU的存儲(chǔ)器中；3)CPU采集主電路功率管的相關(guān)信息，并進(jìn)行特征提取(與步驟2)中一致)，借助于故障字典進(jìn)行計(jì)算和分析，判斷功率管是否故障，如果無故障，則重新監(jiān)測(cè)；如果出現(xiàn)故障，判斷功率管位置，關(guān)斷故障功率管，并切換至備份功率管，以實(shí)現(xiàn)主電路功能和結(jié)構(gòu)自修復(fù)。本發(fā)明靈活性強(qiáng)、可靠性高，十分適合用于對(duì)功率管可靠性要求極高的場(chǎng)合。
【專利說明】—種功率變換器主電路的智能自修復(fù)技術(shù)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功率變換器主電路的故障診斷和自修復(fù)技術(shù)，屬于電路故障預(yù)測(cè)與健康管理(Prognostics and health management,簡(jiǎn)稱 PHM)方面的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]功率變換器主要由功率管和輔助器件構(gòu)成，功率管的可靠性基本上能夠左右整個(gè)變換器系統(tǒng)的可靠性，因而其故障診斷和定位技術(shù)幾乎在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛研究和應(yīng)用，雖然相關(guān)的故障診斷技術(shù)研究的較多，但是對(duì)主電路的自修復(fù)技術(shù)研究的卻很少。自修復(fù)技術(shù)屬于功率變換器的PHM領(lǐng)域，是電路故障診斷和預(yù)測(cè)決策中的部分關(guān)鍵技術(shù)，也是研究的熱點(diǎn)和趨勢(shì)之一。
[0003]目前，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能技術(shù)是功率變換器主電路故障診斷研究中的重點(diǎn)和趨勢(shì)。其中，支持向量機(jī)分類器(Support Vector Machines Classifier,簡(jiǎn)稱SVC)以其外推能力強(qiáng)、小樣本學(xué)習(xí)能力強(qiáng)、對(duì)數(shù)據(jù)維不敏感等優(yōu)點(diǎn)，成為故障診斷領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。常規(guī)的二元SVC (Binary SVC,簡(jiǎn)稱BSVC)不能直接用于多分模式識(shí)別，必須進(jìn)行一定的重新設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)才能完成此類工作。目前，主要的設(shè)計(jì)思路是直接組合BSVC，以形成一個(gè)能夠進(jìn)行多模式分類的 SVC，例如 “one against rest” SVC (簡(jiǎn)稱 0VRSVC)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于OVRSVC的功率變換器主電路的智能自修復(fù)方法，該方法利用DSC實(shí)施信號(hào)采集和處理，并借助于OVRSVC進(jìn)行功率管的智能故障快速分類，根據(jù)定位結(jié)果實(shí)施功率管的自修復(fù)。該項(xiàng)技術(shù)可顯著提高功率變換器主電路的可靠性，在很多重要場(chǎng)合具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。
[0005]本發(fā)明為解決其技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種功率變換器主電路的智能自修復(fù)技術(shù)，包括如下步驟(1)~(4):
[0007](I)對(duì)待測(cè)的功率變換器主電路進(jìn)行可測(cè)性分析，確定功率管故障的類型、數(shù)目，確定可測(cè)節(jié)點(diǎn)和采集的電壓、電流等信息類型；
[0008](2)進(jìn)行離線操作，包括數(shù)據(jù)采集、故障特征提取、分類器訓(xùn)練(采用PC機(jī)實(shí)現(xiàn))和故障字典的構(gòu)建，所述故障特征提取，采用分?jǐn)?shù)階傅里葉分析和基于遺傳算法的特征選擇技術(shù)；
[0009](3)在進(jìn)行實(shí)際電路的狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)時(shí)，DSC利用可測(cè)點(diǎn)采集故障信息，并利用步驟2)中同樣的故障特征提取方法實(shí)施故障信息壓縮和提取，并利用OVRSVC實(shí)施功率變換器主電路的工作狀態(tài)評(píng)估，確定故障功率管的位置和數(shù)目。
[0010](4) DSC根據(jù)故障功率管的位置信息，發(fā)出控制信號(hào)，通過自修復(fù)電路實(shí)施功率管的備份替換，從而實(shí)現(xiàn) 自修復(fù)。
[0011]本發(fā)明的有益效果如下:
[0012](I)通過DSC實(shí)施信號(hào)處理和控制，能夠顯著提高信息處理的速度和效率，并能夠靈活的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的升級(jí)和改造。
[0013](2)通過GA算法的優(yōu)勢(shì)，可以選擇適合后續(xù)OVRSVC所需的核參數(shù)和對(duì)應(yīng)的故障特征集合，并能夠顯著壓縮數(shù)據(jù)維，降低對(duì)DSC存儲(chǔ)空間的要求，從而能夠降低DSC的計(jì)算復(fù)雜度，提高在線監(jiān)測(cè)的計(jì)算效率。
[0014](3)通過借助DSC和人工智能技術(shù)，可以大大提高功率變換器主電路的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與自修復(fù)的自動(dòng)化程度，減少了人力成本和停機(jī)時(shí)間。該項(xiàng)技術(shù)可以應(yīng)用在功率變換器主電路的板級(jí)和系統(tǒng)級(jí)層次上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1功率變換器主電路的智能自修復(fù)流程。
[0016]圖2第X個(gè)功率管的修復(fù)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0018]本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種功率變換器主電路的智能自修復(fù)方法，該方法主要包括兩個(gè)流程部分(流程I和流程II)，分別如圖1中的兩路虛線所示。
[0019]一、流程I的實(shí)施
[0020](I)可測(cè)試性分析(測(cè)點(diǎn)和信息類型選擇)。
[0021]通過對(duì)電路進(jìn)行可測(cè)性分析，用于確定功率管故障的類型(開路故障還是短路故障)和數(shù)目(即有多少個(gè)功率管器件是潛在的故障源，是否要考慮二個(gè)或以上功率管的組合等)。此處，假設(shè)需要故障模式一共有N種(包括電路的正常態(tài))。上述這些工作可以采用仿真軟件(例如Saber)進(jìn)行，進(jìn)行仿真時(shí)，需要在軟件內(nèi)部繪制原理圖，并根據(jù)可能出現(xiàn)的故障模式進(jìn)行設(shè)置。軟件分析可以提供所有的可測(cè)節(jié)點(diǎn)的電壓輸出信息，也包括各個(gè)支路的電流等信息。因此，采集這些信息并進(jìn)行定性或定量分析，分辨出哪些節(jié)點(diǎn)和信息類型有利于進(jìn)行故障信息采集，并在能夠分辨所有故障模式的前提下，確保所利用的可測(cè)節(jié)點(diǎn)數(shù)和故障信息類型數(shù)最少。
[0022](2)數(shù)據(jù)采集。
[0023]因?yàn)楸景l(fā)明中的OVRSVC采用有監(jiān)督學(xué)習(xí)方法進(jìn)行訓(xùn)練，故需要一定數(shù)目的故障樣本。樣本的獲取既可以采用物理數(shù)據(jù)樣本獲取，也可以采用仿真加以獲取。如果采用仿真的方式，需要考慮實(shí)際應(yīng)用中元件容差的影響(用Monte Carlo技術(shù)進(jìn)行模擬)。
[0024]在進(jìn)行實(shí)際的硬件數(shù)據(jù)采集時(shí)，還需要特別考慮診斷所需的傳感器類型和精度:如果采集的為電流信號(hào)，則需要通過Ι/ν電路把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓再進(jìn)行采集。ADC的采樣速率、精度和數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)等可根據(jù)實(shí)際需要確定，比如，數(shù)據(jù)采集的AD轉(zhuǎn)換器精度為12位，采樣率fs = 500KHzo
[0025](3)特征提取和選擇。
[0026]對(duì)采集到的數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行特征提取，以壓縮數(shù)據(jù)并去除高頻噪聲的干擾，此處的特征提取方法采用分?jǐn)?shù)階傅里葉(Fractional Fourier Transformation,簡(jiǎn)稱FrFT)分析技術(shù)。對(duì)于連續(xù)信號(hào)f(t)，F(xiàn)rFT的連續(xù)變換公式為:
[0027]
【權(quán)利要求】
1.一種基于功率變換器主電路的自修復(fù)技術(shù)，其特征在于，包含以下步驟； (1)利用數(shù)字信號(hào)控制器(Digitalsignal controller,簡(jiǎn)稱DSC)強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理功能，利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog to digital converter,簡(jiǎn)稱ADC)采集電路可測(cè)節(jié)點(diǎn)處的電壓和電流(需要經(jīng)過I/V變換為電壓信息，此處I/V表示電流/電壓變換電路)等狀態(tài)信息； (2)DSC對(duì)采集到存儲(chǔ)器內(nèi)部的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，用于提取故障特征信息； (3)把故障特征信息輸入至模式分類器，以便對(duì)整個(gè)功率變換器主電路的工作狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，如果電路工作屬于正常狀態(tài)，則返回步驟(1);如果電路工作不正常，給出故障功率管的具體位置，進(jìn)入下一個(gè)步驟； (4)DSC根據(jù)故障功率管的數(shù)目和位置，發(fā)出控制信號(hào)，控制電路內(nèi)部動(dòng)作，使得備份功率管替換故障功率管，這樣可以保持整個(gè)主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不變，實(shí)現(xiàn)了功率變換器主電路結(jié)構(gòu)和功能的自修復(fù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于功率變換器主電路的自修復(fù)技術(shù)，其特征在于所述步驟(2)中的信號(hào)預(yù)處理技術(shù)(即故障特征提取)，需要預(yù)先離線計(jì)算以確定故障特征，步驟如下: (2.1)對(duì)所有的狀態(tài)信息(包括正常工作狀態(tài))樣本進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉分析，得到多組特征矢量，假設(shè)特征數(shù)目為N。每一組矢量對(duì)應(yīng)某種故障模式的所有樣本； (2.2)采用遺傳算法(Genetic algorithm,簡(jiǎn)稱GA算法)尋找合適的特征組合。其中，GA算法的個(gè)體采用二進(jìn)制編碼方式(即在GA的交叉和變異運(yùn)算中，意味著某個(gè)特征的加入或刪除)；適應(yīng)度函數(shù)設(shè)定為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于功率變換器主電路的自修復(fù)技術(shù)，其特征在于所述步驟(4)中的功率管驅(qū)動(dòng)和自修復(fù)電路均由DSC控制，其中，自修復(fù)電路主要由多路開關(guān)、備份功率管和DSC控制電路構(gòu)成。備份功率管的數(shù)目由變換器主電路的可靠性指標(biāo)要求確定,整個(gè)系統(tǒng)能夠完成自修復(fù)的次數(shù)也由備份功率管的數(shù)目確定。
【文檔編號(hào)】G05B23/02GK103995528SQ201410197879
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】崔江 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)