原创《基于混杂系统模型的电力电子电路故障诊断》
该文是关于电子电路相关专科开题报告范文跟电子电路和故障诊断和系统模型有关自考开题报告范文。
【摘 要】 该文建立了一个基于混杂系统理论的电力电子电路数学模型；然后将电路的各个运行状态抽象为离散事件；并在该模型的基础上提出了基于混杂系统事件辨识的故障诊断方法和它的实现步骤.该方法具有实现简单、诊断率高、通用性较强的优点.文章最后通过Buck 电路的故障诊断实验 验证了该方法的可行性和有效性.
【关键词】 电力电子 故障诊断 混杂系统 事件辨识
一、引言
微电子技术和计算机技术的革命性进步使得电力电子技术在近年来得到了异常迅猛的发展和广泛应用.电力电子电路在系统中通常作为电源或执行机构出现,对整个系统的可靠性有着决定性影响.因此研究电力电子电路的故障诊断,对提高设备的 可靠性有着极其重要的意义.
通常所说的电力电子电路故障均指其主电路的故障,它可分为参数性故障和结构性故障.参数性故障指由于电路参数( 如电感值、电容值等) 偏离正常值一定范围而导致的故障,它通常采用参数辨识[1] 进行诊断.
结构性故障指由于电力电子器件出现短路、断路而导致电路拓扑发生变化的故障,本文所讨论的故障均指结构性故障.主要诊断方法有：基函数法[2]、信号处理法[3-4]、人工智能法[5-6]、状态观测器法[8] 等.但这些方法是针对某个(或类) 具体电路推导得出的,通用性不够强,推广应用有一定困难.
本文从电力电子电路的基本物理特征出发,结合混杂系统理论,给出了基于混杂系统理论的电力电子电路模型：并利用该模型导出电力电子电路结构性故障诊断的基本机理；结合事件辨识获得了一个能满足通用性要求的故障诊断方法；最后利用Buck 电路故障诊断实验证实了上述结论的可行性.
二、电力电子电路的混杂系统模型
自从20 世纪80 年代提出离散事件动态系统的概念以后,混杂系统理论成为近年来控制理论领域的研究热点.混杂系统是指由连续变量动态系统和离散事件动态系统相互混杂、相互作用而形成的动态系统[10-11].混杂系统研究的主要内容包括建模、稳定性分析、优化控制、鲁棒控制等.
对于电力电子电路而言,电路中所有电力电子器件导通或关断的一种组合( 也就是通常电力电子电路分析过程中所说的“阶段”) 就是一个离散事件；该阶段中各个电路变量总符合某种规律,受状态方程的约束而连续变化,形成了一个连续变量,因此电力电子电路实际上是一个典型的混杂系统.可以从混杂系统的角度来分析电路的变化规律、控制策略以及故障诊断等.
对电力电子电路故障诊断分析而言,电力电子器件的开关时间相比于器件的通断时间可以忽略,因此在以下分析中假设电力电子器件的开关时间为零.根据上述基本假设和电力电子电路的物理规律,可以建立基于混杂系统的电力电子电路模型如下：
对于上述电力电子电路混杂系统模型,定义电路的变迁路径为
δ等于[(t0,e0),(t1,e1),...,(tk,ek)]
遵照如上定义,则电路的变迁序列表明当tk-l<t ≤ tk 时,第qk-l 子系统处于激活状态.变迁路径由变迁序列er等于(qr-1,qr) 决定.
三、电力电子电路故障诊断基本机理
通过分析各种电力电子器件的可控性,发现由于电力电子器件开关状态发生变化所导致的离散事件可分成两类：全控器件及含有强迫关断电路的半控器件的导通关断,不仅与电路的状态相关,而且与器件的控制信号关联,本文所说可控器件均指上述类型的开关,称这类由于器件本身触发而发生的事件变迁为控制变迁；而不控器件的导通、关断均仅由电路状态决定,称由于电路状态满足一定条件而导致的事件变迁为条件变迁.
设电路有可控器件共k1 个,不控器件k2 个.各开关保持一定开关状态不变,就形成了该电路一个开关状态,因此电路共有2k1+k2 个开关状态,或说离散事件,所有这些离散事件就构成了该电路的离散事件全集E,即：E等于{EB1,EB2,．．．,EB2k1+k2).基本事件EB1 可能是电路的正常工作事件,也可能是电路的故障事件.
电路中k1 个可控器件保持一定的开关状态不变,则形成了该电路的一个可控事件子集Ec,该电路一共含有2k1 个可控事件子集.
这些子集具有如下性质：
电路的每一个可控事件子集睇；中均含有也个不控开关,这些开关保持一定状态不变,连同该可控事件子集的可控开关状态,就形成了2k2 个基本离散事件EB1,EB2,．．．,EB2k1+k2,显然EBij ∈ ECi.各个可控事件子集通过控制变迁实现电路的变迁,而同一可控子集中各基本事件通过条件变迁实现电路的变迁,不同可控子集中的基本事件不能由条件变迁实现电路的变迁.
所谓电路的控制策略,就是确定电路的如下几个基本要素：
①选择控制集.为了满足一定的控制目标,可能需要电路的所有可控事件子集,也可能只需要其中几个可控事件子集.称这些子集的并集为该控制策略的控制集.
②确定控制集中各可控事件子集的变迁规律；
③确定控制集中各可控事件子集的作用时间；由于不控器件的变迁必须保证电路的一定条件才能实现,这一条件只能通过对各子集的作用时间来间接控制.
电路控制策略确定后,则其控制集中可控子集的变迁序列也被确定.
在电力电子电路中：电路可控子集变迁序列是周期性变化的,且其最小周期变迁序列为一有限序列,不妨设为δ等于((t0,e0),(t1,e1),...,(tk,ek)),其中k 为非负整数.至于电路的闭环运行,改变的只是不同周期内的切换时刻t0,t1,．．．tk和各可控子集中基本事件的变迁序列,而可控子集变迁序列e0,e1,．．．,ek 总是保持不变,或者说保持可控子集序列q0,q1,．．．,qk+1 不变.
不控器件发生故障或可控子集的变迁切换时刻的不同,将导致可控子集中的基本事件变迁序列发生变化.
由于电路正常运行状态下,基本事件变迁路径只有有限个,通过分析电路的工作原理可以确定出基本事件变迁规律表.它连同电路的不变可控子集变迁规律就确定了电路的整个变迁规律.
四、Buck 电路故障诊断
4.1 电路基本事件分析
由于闭环工作所改变的只不过是电路的事件变迁时刻点,而事件变迁路径并没有发生变化,对于故障诊断没有实质影响
4.2 故障诊断实验
按照上述故障诊断方法和诊断流程作Buck 电路的故障诊断实验.
由于电路实验中不能果真将器件击穿或断路,因此采用模拟故障的方法：用继电器触点短接器件来模拟器件短路故障,用器件管脚断开来模拟器件开路故障.从电路状态变量的变化规律角度出发,这种做法对实际电路故障诊断没有根本性影响.
电路的实验条件为：
输入直流电压20V,电感为700UH,电容为470“F,
电阻为10Q；
开关器件是型号为BuP314d 的IGBT；
二极管为6ESl60 一06A；
电路采用SG3525 作为控制器,开关频率为30kHz.
五、结论
本文在分析建立了统一的电力电子电路混杂系统数学模型的基础上,提出了一种基于混杂系统模型的电力电子故障诊断方法.它具有较强的通用性、诊断迅速、定位准确的优点.仿真和实验证实了该方法的有效性.
参 考 文 献
[1] 徐德鸿,马皓．电力电子装置故障自动诊断[M]．北京：科学出版社,2001．[2] 程肇基,徐德鸿．诊断电力电子电路故障的一种新方法一基函数法[J]．中国电机工程学报,1989,9(5)：22—29．
[3] 徐德鸿,程肇基,范云其．诊断电力电子电路故障的新方法一沃而什分析法[J]．电工技术学报,1993,8(1)：33—35．
[4] 徐德鸿,程肇基,崔学军．用傅立叶分析法诊断电力电子电路的故障们．浙江大学学报( 自然科学版),1994,28(6)：666—673．
[5] 孙俊忠,马伟明,杨青,等．六相交直流同时供电发电机直流侧突然短路电流分析叨．中国电机工程学报,2001,21(12)：16—20．
[6] 马伟明,胡安,王令蓉．基于电压波形分析的十二相整流装置故障诊断[J]．电工技术学报,1997,12(6)：49-54．
电子电路论文参考资料：
上文评论：该文是一篇关于电子电路和故障诊断和系统模型方面的电子电路论文题目、论文提纲、电子电路论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文。
