电力电子电路参数辨识新方法与故障预测算法研究

摘要

电力电子技术的发展及多电飞机、全电飞机概念的提出，推动了航空电源系统的发展。电力电子电路将飞机发动机产生的三相交流电变换成可供飞机上其他设备使用的电源，是航电系统的一个重要组成部分。因此，保证电力电子电路的可靠性，进行电力电子电路的故障预测与剩余寿命估计，是目前亟待解决的问题，具有重大的工程意义。
　　本文主要研究了电力电子电路的故障预测方法，主要研究内容有以下三个方面：
　　（1）研究了电力电子电路中关键元器件，如电解电容、功率MOSFET、功率二极管、电感等的失效机理及故障模型，分析了能够表征元器件失效的故障特征参数，并确定特征参数的阈值；通过分析元器件及电路在退化过程中电路各输出参数的变化情况，定义输出电压偏移率作为表征电路性能退化的特征参数。
　　（2）研究了两种参数辨识方法，即基于径向距离及基于BP神经网络的参数辨识方法。介绍了两种参数辨识方法的原理及辨识步骤，结合电力电子电路中的Boost电路进行了不同工作条件下的参数辨识实验，并分析影响参数辨识精度的因素。
　　（3）研究了电力电子电路的故障预测方法。结合电路特征参数的退化规律，以开环Boost电路为例，利用最小二乘算法、最小二乘支持向量机及灰色系统算法，对电路进行故障预测与剩余寿命估计。初步研究了闭环Boost电路基于电解电容性能退化的故障预测方法，结合电解电容特征参数的退化规律，利用最小二乘算法及最小二乘支持向量机算法进行电解电容的故障预测与剩余寿命估计。实验结果表明本文采用方法的有效性及准确性。对电力电子电路的关键元器件进行了加速退化实验的研究，获得了元器件与电路的性能参数退化规律的曲线，为电力电子电路参数辨识和故障预测算法的物理实验验证、测试评估提供了依据。

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注释表

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2研究现状与发展趋势

1.3本文主要的研究内容

第二章 电力电子电路关键元器件失效机理及特征参数分析

2.1电解电容的失效机理及特征参数分析

2.2功率MOSFET的失效机理及特征参数分析

2.3功率二极管的失效机理及特征参数分析

2.4电感的失效机理及特征参数分析

2.5变压器的失效机理及特征参数分析

2.6本章小结

第三章 电力电子电路参数辨识方法研究

3.1电力电子电路参数辨识方法

3.2 Boost电路参数辨识实验及结果分析

3.3本章小结

第四章 电力电子电路故障预测方法研究

4.1电力电子电路故障预测算法

4.2基于特征参数退化的Boost电路预测实例

4.3闭环Boost电路电解电容的故障预测实例

4.4 Boost电路元器件加速退化实验实例

4.5本章小结

第五章 工作总结与后期展望

5.1工作总结

5.2存在问题及研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文