基于支持向量机的无线电能传输系统故障诊断技术

摘要

无线电能传输（WPT）技术以磁场、电场、微波等为传输介质，实现电能的无线传输，也称之为非接触电能传输技术。其作为一种安全、灵活、便捷的电能传输与电源供给技术，可广泛应用于电气化交通工具（电动车、地铁、高铁等）、家电与电子消费工具（手机、平板电脑、电动剃须刀等）、移动机器人及许多移动生产机构（移动工厂吊装设备、运载装备等），特别适合于水下、煤矿等环境工作的电气装备。作为一种电源供给技术，稳定性、可靠性成为衡量一个WPT系统是否能应用到实际设备中的重要指标。　　但由于WPT系统包含电能变换与控制、电磁耦合机构、输出变换与控制、运行控制系统等多个不同属性和特点的环节，其故障诊断具有较大难度。目前，WPT系统还没有发展出成熟、完善的故障诊断技术。电力电子器件组成了无线电能传输系统的主体，可以考虑从已有的且应用成熟的电力电子故障诊断原理出发，发展出WPT系统故障诊断技术。WPT系统故障诊断也可以从故障测试、故障特征提取、故障辨识这三方面进行探索与研究。　　本文针对基于磁场耦合原理的WPT系统（M-WPT），主要研究该系统故障诊断技术，实现了基于SVM的WPT系统故障诊断。建立了LCC-S型WPT系统故障状态表，确定了系统器件容差，严格界定故障的发生；利用仿真软件PSpice进行LCC-S型WPT系统电路仿真和故障状态仿真，获得LCC-S型WPT系统正常工作时输出的电压波形，并在数据采样点采集电流、电压的原始特征信息；运用因子分析的方法对正常工作及故障时系统的电流、电压数据进行特征提取、处理，获取正常工作状态及各种故障状态的有效特征数据；用MATLAB创建LCC-S型WPT系统的SVM故障诊断模型，该诊断模型的输入为正常工作状态及各类故障状态的有效特征数据，对不同的核函数进行仿真对比，采用径向基核函数可获得更高的故障诊断准确率，进一步选取RBF的最优参数，使得故障诊断效果达标；最终结果表明釆用SVM方法的LCC-S型WPT系统故障诊断模型可以获得较好的诊断效果。　　总之，以SVM为基础建立起来的LCC-S型补偿拓扑的WPT系统故障诊断模型能够有效地对该系统进行故障诊断。

目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1电力电子系统故障诊断研究现状

1.2.2 WPT系统故障诊断研究现状

1.3 论文主要研究内容

1.4 本章小结

2 WPT系统及其故障机理分析

2.1 WPT系统概述

2.2.1 WPT系统故障的成因

2.2.2 WPT系统故障的分类

2.3 WPT系统主电路故障诊断的任务及难点

2.4.1电力电子系统故障诊断方法

2.4.2 WPT系统故障诊断方法的选取

2.5 本章小结

3 WPT系统故障诊断策略及器件参数容差设计

3.1 故障状态表的建立

3.1.1 WPT系统主电路拓扑

3.1.2 WPT系统主电路常见故障

3.1.3 WPT系统主电路的故障集

3.2 基于黑箱理论的 WPT系统故障诊断策略

3.3 器件参数变化对 WPT系统的影响

3.3.1器件参数变化对系统输出的影响

3.3.2器件参数变化对系统灵敏度影响

3.4 器件容差设定及容错机制的建立

3.5 本章小结

4 WPT系统故障仿真及故障特征提取

4.1 WPT系统故障诊断方案

4.2.1 WPT系统电路图

4.2.2数据采样点的选取

4.2.3 WPT系统经典故障

4.2.4故障数据的获取

4.3 数据分析和预处理

4.3.1因子分析的概念

4.3.2因子分析的过程

4.4 本章小结

5 基于支持向量机的WPT系统故障诊断

5.1 支持向量机理论

5.1.1 支持向量机基本思想

5.1.2支持向量机线性分类

5.1.3支持向量机非线性分类

5.1.4 支持向量机解决多分类问题

5.2.1支持向量机核函数的选取

5.2.2 RBF参数的选取及寻优方法

5.3 支持向量机的训练及测试

5.4 本章小结

6 总结

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间参与的科研项目

B. 作者在攻读学位期间获得的奖励

C. 学位论文数据集

致谢