一种S4R串联型顺序开关分流调节器的故障诊断方法技术

本发明专利技术提供了一种S4R串联型顺序开关分流调节器的故障诊断方法，其包括以下步骤：对S4R串联型顺序开关分流调节器无故障情况下的工作状态进行分析；分析得出单级分流调节电路一个或多个开关故障情况下的故障模式；选取检测点为每一路分流调节电路对应的太阳电池子阵电压，并选取采样频率；选取采样数据时间长度，以覆盖太阳电池子阵电压完整切换周期；对每一级分流调节电路对应的太阳电池子阵电压进行采样，并对蓄电池组电压Vbat进行采样；寻找调整级；根据找到的调整级，进行故障诊断；继续下一轮采样和诊断。采用本发明专利技术的技术方案，不影响分流调节器正常工作，故障漏检率低，故障检测率高，实现了故障准确定位，诊断速度快。

【技术实现步骤摘要】
一种S4R串联型顺序开关分流调节器的故障诊断方法
本专利技术涉及航天器电源控制器(PCU)故障诊断领域，尤其涉及一种S4R串联型顺序开关分流调节器的故障诊断方法。
技术介绍
航天器电源控制器中广泛采用分流调节器来对太阳电池阵输出功率和母线电压进行调节。从能量传输的角度，航天器电源系统的拓扑结构可分为直接能量传递方式(DET)和峰值功率跟踪方式。分流调节器通常应用于图1所示的DET拓扑。串联型顺序开关分流调节原理框图如图2所示。分流调节器把太阳阵分成n个相同的子阵，每个子阵的正端通过开关管K1接地，通过二级管D1连接到母线Vbus，通过二级管D2及开关管K2连接到蓄电池组Vbat。太阳电池子阵产生的电流有三个通路：第一，通过二级管D1向母线供电；第二，通过开关管K1对地分流；第三，通过二级管D2和开关管K2向蓄电池组充电。由于三条通路对应的电位不同，太阳电池阵所产生的电流在任一时刻只能流向三个通路中的一个通路，而流向哪一个通路由主误差放大器(MEA)和电池误差放大器(BEA)决定，控制逻辑为母线供电通路优先，其次是向蓄电池组供电通路，再次是对地分流通路。控制逻辑状态表如表1所示。表1控制逻辑状态表若忽略状态转换过程，任一时刻该分流调节电路的逻辑状态只能是表1中A、B、C状态中的一种，但在某一时间段内可能出现A与C交替出现，或B与C交替出现，或A与B交替出现，或A、B、C随机出现。航天器电源控制器设计时通常不考虑分流调节器的故障诊断，目前是通过MEA电压来对分流调节电路的故障进行故障诊断，但是这种方法无法对故障进行准确的检测和定位。这是由于分流调节电路有多路，在一定程度上形成了相互冗余备份。当其中一路分流调节电路发生故障后，若条件允许，相邻的分流调节电路会代替故障电路进行工作，导致通过MEA电压不能对发生故障的分流调节电路进行准确定位。
技术实现思路
针对以上技术问题，本专利技术公开了一种S4R串联型顺序开关分流调节器的故障诊断方法，解决目前故障诊断方法无法对分流调节器故障进行准确检测和定位的问题，缩短故障检测和定位时间，提高故障检测和定位准确性。对此，本专利技术采用的技术方案为：一种S4R串联型顺序开关分流调节器的故障诊断方法，其包括以下步骤：步骤S1，对S4R串联型顺序开关分流调节器无故障情况下的工作状态进行分析；串联型顺序开关分流调节器(S4R)正常工作时，通常只有一级或者两级分流电路处于开关调节状态，其它级数分流调节电路或者处于分流状态，或者处于供电状态，或者处于充电状态。但发生双段效应时，包括供电分流调整级双段效应、充电分流调整级双段效应、供电充电调整级双段效应和供电充电分流调整级的双段效应，会有多级分流调节电路处于开关调节状态，其它级数分流调节电路则或者处于分流状态，或者处于供电状态，或者处于充电状态。步骤S2，根据步骤S1的内容，分析得出单级分流调节电路一个或多个开关故障情况下S4R串联型顺序开关分流调节器的故障模式；步骤S3，选取检测点为每一路分流调节电路对应的太阳电池子阵电压，并选取采样频率；步骤S4，选取采样数据时间长度，以覆盖太阳电池子阵电压完整切换周期；步骤S5，对每一级分流调节电路对应的太阳电池子阵电压进行采样，并对蓄电池组电压Vbat进行采样；在采样时间内，蓄电池组电压视为直流量；步骤S6，寻找调整级；步骤S7，根据找到的调整级，对比步骤S2的故障模式，进行故障诊断；步骤S8，返回步骤S5继续下一轮采样和诊断。采用本专利技术的技术方案，只需在每路分流调节电路中增加检测量太阳电池子阵电压，便可对分流调节器故障进行准确检测和定位。该方法不影响分流调节器正常工作，能对哪一路分流调节器发生的单故障或多故障进行准确定位，可为在轨故障诊断或地面通过遥测数据进行故障诊断提供帮助。作为本专利技术的进一步改进，所述调整级包括供电充电分流调整级A+B+C、供电充电调整级A+B、供电分流调整级A+C和充电分流调整级B+C。其中A、B、C的含义详见表1，下同。作为本专利技术的进一步改进，寻找调整级的方法为：在采样数据长度内对所有太阳电池子阵电压进行检测，若太阳电池子阵电压同时存在为0、母线电压Vbus和蓄电池组电压Vbat的情况，则对应A+B+C调整级；若太阳电池子阵电压同时存在为母线电压Vbus和蓄电池组电压Vbat的情况，则对应A+B调整级；若太阳电池子阵电压同时存在为0和母线电压Vbus的情况，则对应A+C调整级；若太阳电池子阵电压同时存在为0和蓄电池组电压Vbat的情况，则对应B+C调整级；若太阳电池子阵电压一直为0，则对应分流调节电路为C；若太阳电池子阵电压一直为母线电压Vbus，则对应分流调节电路为A；若太阳电池子阵电压一直为蓄电池组电压Vbat，则对应分流调节电路为B。其中，A为供电，B为充电，C为分流，A+C为供电分流调整，B+C为充电分流调整，A+B为供电充电调整，A+B+C为供电充电分流调整。作为本专利技术的进一步改进，步骤S7中，若每一级分流电路至多有一个开关异常的故障模式，则按照以下情况进行故障诊断：(1)若寻找到A+B+C：若寻找到1个A+B+C，则该调整级之前的分流调节电路为B；若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；该调整级之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；若寻找到2个A+B+C，则2个调整级及其之间的分流电路为A+B+C调整带，该调整带之前的分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；该调整带之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障。对于A+B+C调整级之间的中间级，若中间级为A+B，则发生不分流故障；若中间级为A+C则发生不供电故障；若中间级为C则发生常分流故障；(2)若未寻找到A+B+C、A+C、B+C，仅寻找到A+B；若寻找到1个A+B，则该调整级之前的分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；该调整级之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；若寻找到2个A+B，则2个调整级及其之间的分流电路为A+B调整带，该调整带之前的分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；该调整带之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；对于A+B调整级之间的中间级，若中间级为A则发生不充电故障；若中间级为B则发生不供电故障，若中间级为C则发生常分流故障；(3)若未寻找到A+B+C、A+B、B+C，仅寻找到A+C；若寻找到1个A+C，则该调整级之前的分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流故障；该调整级之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；若寻找到2个A+C，则2个调整级及其之间的分流电路为A+C调整带，该调整带之前的分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流故障；该调整带之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；对于A+C调整级之间的中间级，若中间级为A，则发生不分流故障；若中间级为C则发生常分流故障；(4)若未寻找到A+B+C、A+B，同时寻找到A+C和B+C；若寻找到1个B+C，1个A+C，分别为B+C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种S4R串联型顺序开关分流调节器的故障诊断方法，其特征在于：其包括以下步骤：步骤S1，对S4R串联型顺序开关分流调节器无故障情况下的工作状态进行分析；步骤S2，根据步骤S1的内容，分析得出单级分流调节电路一个或多个开关故障情况下S4R串联型顺序开关分流调节器的故障模式；步骤S3，选取检测点为每一路分流调节电路对应的太阳电池子阵电压，并选取采样频率；步骤S4，选取采样数据时间长度，以覆盖太阳电池子阵电压完整切换周期；步骤S5，对每一级分流调节电路对应的太阳电池子阵电压进行采样，并对蓄电池组电压Vbat进行采样；步骤S6，寻找调整级；步骤S7，根据寻找到的调整级，对比步骤S2的故障模式，进行故障诊断；步骤S8，返回步骤S5继续下一轮采样和诊断。

【技术特征摘要】
1.一种S4R串联型顺序开关分流调节器的故障诊断方法，其特征在于：其包括以下步骤：步骤S1，对S4R串联型顺序开关分流调节器无故障情况下的工作状态进行分析；步骤S2，根据步骤S1的内容，分析得出单级分流调节电路一个或多个开关故障情况下S4R串联型顺序开关分流调节器的故障模式；步骤S3，选取检测点为每一路分流调节电路对应的太阳电池子阵电压，并选取采样频率；步骤S4，选取采样数据时间长度，以覆盖太阳电池子阵电压完整切换周期；步骤S5，对每一级分流调节电路对应的太阳电池子阵电压进行采样，并对蓄电池组电压Vbat进行采样；步骤S6，寻找调整级；步骤S7，根据寻找到的调整级，对比步骤S2的故障模式，进行故障诊断；步骤S8，返回步骤S5继续下一轮采样和诊断。2.根据权利要求1所述的S4R串联型顺序开关分流调节器的故障诊断方法，其特征在于：所述调整级包括供电充电分流调整级A+B+C、供电充电调整级A+B、供电分流调整级A+C和充电分流调整级B+C。3.根据权利要求2所述的S4R串联型顺序开关分流调节器的故障诊断方法，其特征在于：寻找调整级的方法为：在采样数据长度内对所有太阳电池子阵电压进行检测，若太阳电池子阵电压同时存在为0、母线电压Vbus和蓄电池组电压Vbat的情况，则对应A+B+C调整级；若太阳电池子阵电压同时存在为母线电压Vbus和蓄电池组电压Vbat的情况，则对应A+B调整级；若太阳电池子阵电压同时存在为0和母线电压Vbus的情况，则对应A+C调整级；若太阳电池子阵电压同时存在为0和蓄电池组电压Vbat的情况，则对应B+C调整级；若太阳电池子阵电压一直为0，则对应分流调节电路为C；若太阳电池子阵电压一直为母线电压Vbus，则对应分流调节电路为A；若太阳电池子阵电压一直为蓄电池组电压Vbat，则对应分流调节电路为B。其中，A为供电，B为充电，C为分流，A+C为供电分流调整，B+C为充电分流调整，A+B为供电充电调整，A+B+C为供电充电分流调整。4.根据权利要求3所述的S4R串联型顺序开关分流调节器的故障诊断方法，其特征在于，步骤S7中，若每一级分流电路至多有一个开关异常的故障模式，则按照以下情况进行故障诊断：(1)若寻找到A+B+C：若寻找到1个A+B+C，则该调整级之前的分流调节电路为B；若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；该调整级之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；若寻找到2个A+B+C，则2个调整级及其之间的分流电路为A+B+C调整带，该调整带之前的分流调节电路若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；该调整带之后的分流调节电路若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；对于A+B+C调整级之间的中间级，若中间级为A+B，则发生不分流故障；若中间级为A+C则发生不供电故障，若中间级为C则发生常分流故障；(2)若未寻找到A+B+C、A+C、B+C，仅寻找到A+B；若寻找到1个A+B，该调整级之前的分流调节电路若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；该调整级之后的分流调节电路若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；若寻找到2个A+B，2个调整级及其之间的分流电路为A+B调整带，该调整带之前的分流调节电路若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；该调整带之后的分流调节电路若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；对于A+B调整级之间的中间级，若中间级为A则发生不充电故障，若中间级为B则发生不供电故障，若中间级为C则发生常分流故障；(3)若未寻找到A+B+C、A+B、B+C，仅寻找到A+C；若寻找到1个A+C，该调整级之前的分流调节电路若是A则发生不分流故障；该调整级之后的分流调节电路若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；若寻找到2个A+C，这2个调整级及其之间的分流电路为A+C调整带，该调整带之前的分流调节电路若是A则发生不分流故障；该调整带之后的分流调节电路若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；对于A+C调整级之间的中间级，若中间级为A，则发生不分流故障；若中间级为C则发生常分流故障；(4)若未寻找到A+B+C、A+B，同时寻找到A+C和B+C；若寻找到1个B+C和1个A+C，分别为B+C调整级和A+C调整级，B+C调整级之前的分流调节电路若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；B+C调整级和A+C调整级之间的分流调节电路若是A则发生不分流故障；A+C调整级之后的分流调节电路若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；若寻找到1个B+C和2个A+C，2个A+C调整级及其之间的分流电路为A+C调整带，B+C调整级之前的分流调节电路若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；B+C调整级和A+C调整带之间的分流调节电路若是A则发生不分流故障；A+C调整带之后的分流调节电路若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；对于A+C调整级之间的中间级，若中间级为A，则发生不分流故障，若中间级为C，则发生常分流故障；若寻找到2个B+C和1个A+C，2个B+C调整级及其之间的分流电路为B+C调整带，B+C调整带之前的分流调节电路若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；B+C调整带和A+C调整级之间的分流调节电路若是A则发生不分流故障；A+C调整级之后的分流调节电路若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；对于B+C调整级之间的中间级，若中间级为B，则发生不分流故障，若中间级为C，则发生常分流故障；若寻找到2个B+C和2个A+C，2个B+C调整级及其之间的分流电路为B+C调整带，2个A+C调整级及其之间的分流电路为B+C调整带；B+C调整...

【专利技术属性】
技术研发人员：李安寿，韩悦，田贤樟，吕晓明，张博温，张东来，童曈，陈红，杨炀，
申请(专利权)人：深圳市航天新源科技有限公司，深圳航天科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44