[發(fā)明專利]基于多SVDD模型的DC?DC變換器健康監(jiān)測與故障預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310581057.0
• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN103675525B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳祎;王友仁;姜媛媛;孫權(quán)
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于多SVDD模型的DC-DC變換器健康監(jiān)測與故障預(yù)測方法，屬于可靠性評估及故障預(yù)測領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著飛機用電設(shè)備的日益增多，機載電子設(shè)備的用電量大幅增加，對飛機電源系統(tǒng)的供電品質(zhì)提出了更高的要求。DC-DC變換器作為飛機電源系統(tǒng)的重要組成部分，為各種機載電子設(shè)備提供直流工作電源。DC-DC變換器長期運作在高空惡劣環(huán)境下，其發(fā)生故障的潛在可能性相對較大，一旦發(fā)生故障將對整個飛機電源系統(tǒng)造成重大損失。因此，需要對DC/DC變換器進行故障預(yù)測技術(shù)研究，以便及時預(yù)知故障的發(fā)生，并采取相應(yīng)維護措施，降低故障損失。

DC-DC變換器的故障可分為結(jié)構(gòu)性和參數(shù)性故障。結(jié)構(gòu)性故障主要指開路或短路故障，其發(fā)生的時間較短暫，所表現(xiàn)的征兆沒有確定性發(fā)展趨勢。參數(shù)性故障主要由各元器件性能退化所引起，退化過程可以通過某些信息量的變化來表現(xiàn)。國內(nèi)外對DC/DC變換器故障診斷技術(shù)進行了較多研究，尤其是針對開路和短路故障，提出了一系列檢測、診斷方法。而關(guān)于DC-DC變換器故障預(yù)測技術(shù)的研究多以變換器中關(guān)鍵元器件為目標(biāo)對象，雖然目前存在少數(shù)關(guān)于DC-DC變換器系統(tǒng)級故障預(yù)測方法的研究，但是僅以單一性能參數(shù)(如輸出紋波電壓等)來評估電路性能退化狀況，并未全面考慮所有元器件的性能退化對DC/DC變換器特性的影響。雖然采用單一信息也可以對DC-DC變換器進行故障，但得到的預(yù)測結(jié)果往往具有很強的不確定性，無法實現(xiàn)準(zhǔn)確的DC-DC變換器故障預(yù)測。

因此，可利用信息融合技術(shù)綜合DC-DC變換器多個性能退化數(shù)據(jù)，消除各信息之間的冗余和矛盾，并利用各性能參數(shù)的差異性和互補性彌補單一信息的缺陷，得到可全面評估與預(yù)測DC-DC變換器健康狀況的特征參數(shù)，從而降低預(yù)測的不確定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決目前DC-DC變換器故障特征參數(shù)多為單信息參數(shù)，無法全面、準(zhǔn)確反映電路性能退化狀況的問題，提出基于多支持向量數(shù)據(jù)描述(Support?Vector?Data?Description，SVDD)模型的DC-DC變換器故障特征參數(shù)提取方法，并將其用于健康監(jiān)測與故障預(yù)測中。

SVDD方法是在支持向量機(Support?Vector?Machine，SVM)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的單值分類方法，可有效處理小樣本或故障數(shù)據(jù)缺失條件下的故障預(yù)測問題，具有計算速度快、魯棒性強等優(yōu)點。在對DC-DC變換器進行健康監(jiān)測與故障預(yù)測的過程中，研究的關(guān)注點不僅局限于電路是否發(fā)生異常或故障，還包括對故障程度的預(yù)測與判決。因此，在僅存在電路健康樣本數(shù)據(jù)的情況下，可利用健康樣本訓(xùn)練SVDD模型，并通過計算待測樣本到健康SVDD的距離來評估電路的性能退化程度。

本發(fā)明通過對健康狀態(tài)下的DC-DC變換器的多個關(guān)鍵性能參數(shù)進行訓(xùn)練，獲取多個SVDD模型，確定健康基準(zhǔn)值，并計算待測DC-DC變換器性能參數(shù)到相應(yīng)SVDD模型球心的相對距離加權(quán)之和，提取DC-DC變換器故障特征參數(shù)，對變換器進行健康監(jiān)測及故障預(yù)測。

本發(fā)明為解決其技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案：

基于多SVDD模型的DC-DC變換器健康監(jiān)測與故障預(yù)測方法，包括以下步驟：

步驟1、針對DC-DC變換器進行故障模式、機理及影響分析(Failure?modes，Mechanisms，and?effects?analysis，F(xiàn)MMEA)，根據(jù)分析結(jié)果得到電路主要的故障模式及故障元件，確定需監(jiān)測的電路狀態(tài)信號為輸入電壓u_i、輸入電流i_i、輸出電壓u_o、輸出電流i_o，需計算的性能參數(shù)為輸出電壓平均值U_o、輸出紋波電壓U_pp和效率η；將每個故障模式的嚴(yán)重性、發(fā)生概率劃分為了5個等級，依次用1-5表示故障嚴(yán)重性和發(fā)生概率的程度，計算二者乘積得到風(fēng)險系數(shù)(Risk?Priority?Number，RPN)，以風(fēng)險系數(shù)的大小表示故障模式風(fēng)險等級的高低；

步驟2、采集健康DC-DC變換器的狀態(tài)信號，計算電路性能參數(shù)，并進行歸一化操作，獲取訓(xùn)練樣本集，基于多SVDD模型對樣本集進行訓(xùn)練，并提取電路在健康狀態(tài)下的故障特征參數(shù)，確立DC-DC變換器健康基準(zhǔn)值，具體步驟如下：