一种Boost电路多参数在线辨识方法技术

本发明专利技术公开了一种Boost电路多参数辨识方法，该Boost电路包括恒压源E、电感及电感等效串联电阻、滤波电容及滤波电容等效串联电阻、功率开关器件S1、二极管S2和负载电阻，该方法包括：根据Boost电路结构，分别建立S1和S2在不同状态下的状态方程；将不同状态下的状态方程组合成状态空间方程组，得到统一的Boost电路模型；设定采样周期，将状态空间方程组离散化，并定义观测矩阵以及参数矩阵；采样电感电流、输出电压、以及开关管的开关信号；得到参数矩阵的最小二乘估计值，用上述估计值得到的参数矩阵计算所需辨识的元件参数值。采用本发明专利技术提供的方法，可以实现理想开关状态下Boost电路参数的精确辨识。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电路故障特征参数的辨识方法，尤其是涉及一种Boost电路多参数在线辨识方法。
技术介绍
系统故障预测与健康管理(Prognostics and Health Management,PHM)是一种全面故障检测、隔离和预测及健康管理技术。通过监测系统的故障特征参数，借助各种推理算法来估计系统自身的健康状况，在系统故障发生前对其故障能尽早监测且能有效预测，准确定位退化或故障部位，并结合各种信息资源给出维修计划，从而实现系统的视情维修和自主式保障，对降低维护费用、保障系统的可靠性与安全性、提高战备完好率和任务成功率具有十分重要的意义。PHM主要包括故障预测及健康管理两大部分，其中故障预测是实现系统健康管理的基础。电力电子技术的应用可大大提高电能变换装置功率密度，减小体积和重量。随着多电和全电飞机的发展，飞机用电量不断增加，机载电力电子设备越来越多，因此对机载电力电子变换装置的可靠性、可维护性及可测试性提出了更高的要求，电力电子系统的PHM的重要性也随之提高。根据故障性质不同，电力电子变换电路的故障主要可分为结构性故障和参数性故障。结构性故障指电路器件出现短路、断路而导致电路拓扑发生变化的故障。参数性故障指由于电力电子系统的器件参数退化而导致的软故障。参数性故障通常不会立即使系统瘫痪，但是会引起输出特性的改变，使系统的工作性能和可靠性降低；若能及时预测参数性故障，则可以避免演变为更为恶劣的系统结构性故障以及结构性故障导致的更严重的影响，大大提高系统可靠性。因此实现故障预测的关键是特征参数的准确提取。离散事件动态系统的概念于20世纪80年代提出后，经过多年的研究，混杂系统理论成为近年来控制理论领域的研究热点。混杂系统指的是具有连续的动态行为和离散事件驱动行为以及这两种行为相互作用构成的系统。电力电子电路作为开关型功率变换器，是一个典型的混杂动态系统。Matthew Senesky基于混杂自动机的理论，提出电力电子电路基于混杂系统的建模方法，由于这种方法能够给出电力电子电路的统一模型，同时可以应用混杂系统的理论对电力电子电路进行分析，具有很好借鉴性。浙江大学基于混杂建模的研究，利用开关信号、电感电流以及输出电压构建了电力电子
电路的混杂系统模型，在此基础上，通过最小二乘算法获得了电力电子电路参数辨识的方法。但是其Boost电路模型在实际应用时会导致滤波电容及其等效电阻以及输出电阻难以辨识等问题。
技术实现思路
本专利技术以Boost电路为对象，修正了现存的Boost混杂模型，实现了Boost电路多参数的在线辨识，从而为对电力电子电路进行故障预测提供研究基础。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种Boost电路多参数在线辨识方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，确定Boost电路的状态变量，根据Boost电路结构建立所确定的状态变量在不同开关管状态下的状态方程，将所建立的状态方程组合成Boost电路空间状态方程组，从而得到Boost电路模型；第二步，将第一步中所得到的Boost电路模型进行离散化处理，然后定义观测矩阵φ(t)以及参数矩阵θn，其中n＝1，2；第三步，对所确定的状态变量以及开关管的开关信号进行采样，构成观测矩阵φ(t)；第四步，通过递推算法得到参数矩阵的最小二乘估计值，用所述估计值得到的参数矩阵计算所需辨识的元件参数值。进一步地，所述Boost电路可以等效为包括恒压源E、电感及电感等效串联电阻、滤波电容及滤波电容等效串联电阻、功率开关器件S1、二极管S2和负载电阻，其中，恒压源E负极接地，恒压源E正极连接电感一端，电感另一端连接电感等效串联电阻的一端，电感等效串联电阻的另一端同时连接功率开关器件S1的漏极和二极管S2的阳极，功率开关器件S1的源极接地，二极管S2的阴极同时连接滤波电容等效串联电阻以及负载电阻，滤波电容等效串联电阻另一端连接滤波电容，滤波电容的另一端接地，负载电阻另一端接地。进一步地，第一步中，将负载电阻两端的输出电压uo和流经电感的电感电流iLf确定为Boost电路的状态变量，根据Boost电路结构建立状态变量uo和iLf在开关管S1和二极管S2在不同状态下的状态方程：状态1：开关管S1导通，二极管S2关断，记作：s1＝1，s2＝0，该状态下电压电流的微分方程组为：Lf·diLfdt=E-iLfRLCfducfdt=Cfd(uo-RC·(-uo/Ro))dt=-uo/Ro]]>状态2：开关管S1关断，二极管S2开通，记作：s1＝0，s2＝1，该状态下电压电流的微分方程组为：Lf·diLfdt=E-uo-iLfRLCfducfdt=Cfd(uo-RC·(iLf-uo/Ro))dt=iLf-uo/Ro]]>状态3：开关管S1关断，二极管S2关断，记作：s1＝0，s2＝0，该状态下电压电流的微分方程组为：Lf·diLfdt=0Cfducfdt=Cfd(uo-RC·(-uo/Ro))dt=-uo/Ro]]>利用开关信号s1、s2将得到的不同开关管状态下的方程，写成统一的形式：Lf·diLfdt=(s1+s2)(E-iLfRL)-s2uoCfducfdt=Cfd(uo-RC·(s2iLf-uo/Ro))dt=s2iLf-uo/Ro]]>将所得到的状态方程组合成状态方程组，得到Boost电路模型为：i·Lfu·o=-RLLf00-1(RC+Ro)CfiLfuo+s20-1LfRo(Lf-CfRCRL)(RC+Ro)LfCf-RCRo(RC+Ro)LfiLfuo+s1ELf0+s2ELfRCRoE(RC+Ro)Lf+Δs20RCRo(RC+Ro)iLf]]>其中，uo、iLf分别为输出电压、电感电流；分别为输出电压和电感电流的微分量；s1、s2分别开关管S1、二极管S2的开关信号量，开关管S1导通时s1＝1，开关管S1关断时s1＝0，二极管S2导通时s2＝1，二极管S2关断时s2＝0；Lf、Cf、RL、RC、Ro分别为Boost电路中电感值、滤波电容值、电感等效串联电阻值、滤波电容等效串联电阻值、负载电阻值；第二步中，设定采样周期T，将第二步得到的Boost电路模型进行离散化处理，得到：iLf(t)uo(t)=1-RLLf001-T(RC+Ro)CfiLf(t-1)uo(t-1)+s2(t-1)0-TLfRoT(Lf-CfRCRL)(RC+Ro)LfCf+RCRo(RC+Ro)-RCRoT(RC+Ro)Lfi(t-1)uo(t-1)+s1(t-1)ETLf0+s2(t-1)ETLfRCRoET(RC+Ro)Lf-s2(t-2)0RCRo(RC+Ro)i(t-1)]]>定义观测矩阵为：定义参数矩阵为：θ1=[1-RLLf,0,0,-TLf,ETLf,ETLf,0]T]]>θ2=[0,1-T(RC+Ro)Cf,RoT(Lf-CfRCRL)(RC+Ro)LfCf+RCRo(RC+Ro),-R本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Boost电路多参数在线辨识方法，其特征在于包括以下步骤：A.确定Boost电路的状态变量，根据Boost电路结构建立所确定的状态变量在不同开关管状态下的状态方程，将所建立的状态方程组合成Boost电路空间状态方程组，从而得到Boost电路模型；B.将第一步中所得到的Boost电路模型进行离散化处理，然后定义观测矩阵以及参数矩阵θn，其中n＝1，2；C.对所确定的状态变量以及开关管的开关信号进行采样，构成观测矩阵D.通过递推算法得到参数矩阵的最小二乘估计值，用所述估计值得到的参数矩阵计算所需辨识的元件参数值。

【技术特征摘要】
1.一种Boost电路多参数在线辨识方法，其特征在于包括以下步骤：A.确定Boost电路的状态变量，根据Boost电路结构建立所确定的状态变量在不同开关管状态下的状态方程，将所建立的状态方程组合成Boost电路空间状态方程组，从而得到Boost电路模型；B.将第一步中所得到的Boost电路模型进行离散化处理，然后定义观测矩阵以及参数矩阵θn，其中n＝1，2；C.对所确定的状态变量以及开关管的开关信号进行采样，构成观测矩阵D.通过递推算法得到参数矩阵的最小二乘估计值，用所述估计值得到的参数矩阵计算所需辨识的元件参数值。2.根据权利要求1所述一种Boost电路多参数在线辨识方法，其特征在于：其中所述Boost电路包括恒压源E、电感及电感等效串联电阻、滤波电容及滤波电容等效串联电阻、功率开关器件S1、二极管S2和负载电阻，其中，恒压源E负极接地，恒压源E正极连接电感一端，电感另一端连接电感等效串联电阻的一端，电感等效串联电阻的另一端同时连接功率开关器件S1的漏极和二极管S2的阳极，功率开关器件S1的源极接地，二极管S2的阴极同时连接滤波电容等效串联电阻以及负载电阻，滤波电容等效串联电阻另一端连接滤波电容，滤波电容的另一端接地，负载电阻另一端接地。3.根据权利要求2所述一种Boost电路多参数在线辨识方法，其特征在于：在步骤A中，将负载电阻两端的输出电压uo和流经电感的电感电流iLf确定为Boost电路的状态变量，根据Boost电路结构建立状态变量uo和iLf在开关管S1和二极管S2在不同状态下的状态方程，将所得到的状态方程组合成状态方程组，得到Boost电路模型为：i·Lfu·o=-RLLf00-T(RC+Ro)CfiLfuo+s20-1LfRo(Lf-CfRCRL)(RC+Ro)LfCf-RCRo(RC+Ro)LfiLfuo+s1ELf0+s2ELfRCRoE(RC+Ro)Lf+Δs20RCRo(RC+Ro)iLf]]>其中，uo、iLf分别为输出电压、电感电流；分别为输出电压和电感电流的微分量；s1、s2分别开关管S1、二极管S2的开关信号量，开关管S1导通时s1＝1，开关管S1关断时s1＝0，二极管S2导通时s2＝1，二极管S2关断时s2＝0；Lf、Cf、RL、RC、Ro分别为Boost电路中电感值、滤波电容值、电感等效串联电阻值、滤波电容等效串联电阻值、负载电阻值；在步骤B中，设定采样周期T，将第二步得到的Boost电路模型进行离散化处理，得到：iLf(t)uo(t)=1-RLL...

【专利技术属性】
技术研发人员：任磊，沈茜，龚春英，邓翔，郭艳梅，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32