[發(fā)明專利]基于逆向卡爾曼濾波器的Buck變換器故障檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811515424.6
• 申請(qǐng)日: 2018-12-12
• 公開（公告）號(hào): CN109725213B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王子赟;劉子幸;徐桂香;張帥;王艷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R31/00
• 分類號(hào): G01R31/00;G06F30/20
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 何金錦

1.一種基于逆向卡爾曼濾波器的Buck變換器故障檢測(cè)方法，其特征在于，所述方法包括：

建立非理想Buck變換器在電感電流持續(xù)導(dǎo)通情況下的混雜系統(tǒng)離散模型；

根據(jù)所述混雜系統(tǒng)離散模型，獲取Buck變換器的狀態(tài)方程和觀測(cè)矩陣的方程；

獲取Buck變換器在工作狀態(tài)下的輸入電壓、切換狀態(tài)、電感電流和輸出電壓，并確定所述Buck變換器的狀態(tài)矩陣；

根據(jù)所述狀態(tài)矩陣、所述狀態(tài)方程和所述觀測(cè)矩陣的方程，按如下公式估計(jì)k時(shí)刻Buck變換器的參數(shù)矩陣，所述參數(shù)矩陣中的元素根據(jù)Buck變換器中元件的值確定；

K(k)＝P(k|k-1)H^T(k)·[H(k)P(k|k-1)H^T(k)+R]^-1；

P(k|k-1)＝P(k-1|k-1)/λ+ΓQ_k-1Γ^T；

P(k|k)＝[I-K(k)H(k)]P(k|k-1)；

根據(jù)估計(jì)得到的k時(shí)刻Buck變換器的參數(shù)矩陣，確定Buck變換器中各個(gè)元件的估計(jì)值；

根據(jù)所述Buck變換器中各個(gè)元件的估計(jì)值判斷所述Buck變換器是否發(fā)生故障；

其中，所述狀態(tài)方程為X(k+1)＝X(k)+W(k)，所述觀測(cè)矩陣的方程為Y(k)＝H(k)X(k)+V(k)；

X(k)表示k時(shí)刻Buck變換器的參數(shù)矩陣，Y(k)表示k時(shí)刻Buck變換器的觀測(cè)矩陣，H(k)表示k時(shí)刻Buck變換器的狀態(tài)矩陣，V(k)表示k時(shí)刻Buck變換器的觀測(cè)噪聲序列，W(k)表示k時(shí)刻Buck變換器的過(guò)程噪聲序列，V(k)與W(k)相互獨(dú)立；表示k時(shí)刻參數(shù)矩陣X(k)的最優(yōu)估計(jì)結(jié)果，表示利用進(jìn)行估計(jì)得到的結(jié)果，P(k|k)表示k時(shí)刻對(duì)應(yīng)的協(xié)方差矩陣，K(k)表示k時(shí)刻的卡爾曼濾波增益矩陣，Γ表示噪聲驅(qū)動(dòng)矩陣，I表示單位矩陣；λ表示遺忘因子，λ＝1或0＜λ＜1；k為整數(shù)；

i_L(k)表示k時(shí)刻Buck變換器的電感電流，u_O(k)表示k時(shí)刻Buck變換器的輸出電壓；

H(k)＝[i_L(k-1)·I₂ u_O(k-1)·I₂ S(k)·I₂]，I₂表示二維單位矩陣，S(k)表示Buck變換器中MOSFET管的切換狀態(tài)；

T表示采樣周期，E表示Buck變換器的輸入電壓，R表示Buck變換器中電阻的值，L表示Buck變換器中電感的值，Buck變換器中電解電容等效為電容和串聯(lián)電阻，C表示電容的值，R_C表示串聯(lián)電阻的值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述Buck變換器中各個(gè)元件的估計(jì)值判斷所述Buck變換器是否發(fā)生故障，包括：

在預(yù)定時(shí)間范圍內(nèi)，針對(duì)所述Buck變換器中每個(gè)元件，檢測(cè)k時(shí)刻的估計(jì)值與參考值之差是否在預(yù)定范圍內(nèi)；預(yù)定時(shí)間范圍為1至N，N為整數(shù)，1≤k≤N；

若檢測(cè)到k時(shí)刻的估計(jì)值與參考值之差在預(yù)定范圍內(nèi)，則確定所述元件無(wú)故障；

若檢測(cè)到k時(shí)刻的估計(jì)值與參考值之差在預(yù)定范圍外，則檢測(cè)k+1時(shí)刻至k+j時(shí)刻的估計(jì)值與參考值之差在預(yù)定范圍外的數(shù)量是否為j；j為整數(shù)；

若檢測(cè)到k+1時(shí)刻至k+j時(shí)刻的估計(jì)值與參考值之差在預(yù)定范圍外的數(shù)量為j，則確定所述元件發(fā)生故障；

若檢測(cè)到k+1時(shí)刻至k+j時(shí)刻的估計(jì)值與參考值之差在預(yù)定范圍外的數(shù)量不為j，則確定所述元件無(wú)故障。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)估計(jì)得到的k時(shí)刻Buck變換器的參數(shù)矩陣，確定Buck變換器中各個(gè)元件的估計(jì)值，包括：

按如下公式確定k時(shí)刻Buck變換器中電感的估計(jì)值：

按如下公式確定k時(shí)刻Buck變換器中電阻的估計(jì)值：

按如下公式確定k時(shí)刻Buck變換器中用于等效電解電容的串聯(lián)電阻和電容的估計(jì)值：