一种功率驱动器件健康因子渐变故障诊断方法技术

功率驱动器件是装备的重要组成部分，其退化失效将影响系统的正常运行，从而造成严重后果；为保障装备的战备完好性，一种功率驱动器件健康因子渐变故障诊断方法，包括以下步骤：使用马氏距离进行多维数据融合得到能够表征功率驱动器件退化行为的健康因子；搭建LSTM神经网络架构，对故障特征参数进行预测，通过GWO对LSTM网络预测参数进行寻优，进而对退化性能进行准确诊断。实验结果表明，与其它预测算法进行对比，基于GWO

【技术实现步骤摘要】
一种功率驱动器件健康因子渐变故障诊断方法


[0001]本专利技术涉及故障诊断
，具体涉及一种功率驱动器件健康因子渐变故障诊断方法，包括基于马氏距离进行数据融合的健康因子、LSTM神经网络故障特征参数预测和基于GWO(Grey Wolf Optimizer)灰狼算法的故障特征参数寻优方法。

技术介绍

[0002]随着高新技术在装备上的广泛应用，其复杂性、综合化不断提高，导致其发生故障和失效的概率呈现逐渐增大的趋势。当功率驱动器件处于亚健康状态时，其退化失效初期将影响系统是否能精确进行工作，退化后期将使得系统无法正常工作。达林顿管作为装备的重要组成部分，为系统内各执行机构提供驱动信号，是装备中可靠性较低的一个环节。同时，DC
‑
DC变换器作为系统的电气设备中最常用的部件，为系统提供直流转直流电源，因其由一系列功率器件组成，随着功率器件的退化，DC
‑
DC也将随之发生退化失效。二者退化失效将会导致系统停机时间长，造成维护成本高、损失大的严重后果。因此，开展功率驱动器件渐变故障诊断研究，对提高装备的完整性具有较本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率驱动器件健康因子渐变故障诊断方法，其特征在于，步骤具体如下：第一步：使用马氏距离进行多维数据融合得到能够表征功率驱动器件退化行为的健康因子；该步骤具体如下：step1.退化机理分析(1)达林顿管故障机理分析分析达林顿故障机理，得出相关芯片失效和特征参数退化失效机理为芯片键合处电化学腐蚀、接触电阻退化，与封装有关的失效机理为芯片粘合处退化、引线键合处退化；(2)DC
‑
DC变换器故障机理分析分析DC
‑
DC变换器故障机理，利用输出功率反映DC
‑
DC变换器的故障状态；step 2.特征选择选择达林顿管的电流增益、饱和压降、导通电阻、反向饱和电流、DC
‑
DC变换器输出功率作为表征达林顿管和DC
‑
DC变换器退化状态的健康因子；step 3.功率驱动器件数据采集系统搭建构建驱动实验电路，利用电流传感器采集达林顿管基极电流、集电极电流、反向饱和及DC
‑
DC变换器输出电流，使用电压测量采集达林顿管饱和压降V
ces
数据和DC
‑
DC变换器输出电压；step 4.退化数据预处理采用最大最小归一化对达林顿管状态参数进行处理，如式7所示：式中，z为归一化数据，x为样本，x
max
为样本最大值，x
min
为样本最小值；step 5.构建基于马氏距离算法的健康因子利用马氏距离使电流增益、功率、反向饱和电流及导通电阻的方差归一化，从而将四维数据融合为一维的退化数据，该退化数据即为健康因子；第二步：搭建LSTM神经网络架构，对故障特征参数进行预测，通过GWO对LSTM网络预测参数进行寻优，进而对退化性能进行准确诊断；该步骤具体如下：Step1.构建LSTM神经网络特征参数预测构架，通过三个门控结构：遗忘门、更新门和重置门预测下一时间步健康因子的状态信息，实现特征参数故障预测；Step2.采用灰狼算法GWO对LSTM神经网络故障预测参数进行寻优处理，利用灰狼算法对LSTM网络的功率驱动器件退化性能进行实时准确的在线预测。2.如权利要求1所述的功率驱动器件健康因子渐变故障诊断方法，其特征在于，第一步step 3具体实现如下：选取TIP122达林顿管和DC
‑
DC变换器作为驱动部件的核心器件，构建驱动器件；使用加速退化试验箱为试验板提供影响其退化失效的环境应力；直流稳压电源与温湿热试验箱内部的被测驱动器件相连；由电流传感器LTS25NP获取驱动器件数据；使用数据采集卡ADLINK
‑
PCI
‑
9114采集驱动器件内部的达林顿管的基极电流、集电极电流、饱和压降和反向饱和电流，以及DC
‑
DC变换器的输出电压和输出电流等数据信息，并传输给数据处理器；利用数据处理器对来自数据采集卡ADLINK
‑
PCI911的数据进行处理和存储；温湿热试验箱内
被测驱动器件分别与电流传感器和数据采集卡相连；数据采集卡负责采集被测驱动器件退化后的数据信息；数据采集卡输出端与计算机相连，将采集到的数据信息输入计算机；数据采集卡ADLINK
‑
PCI
‑
9114的端口37与电流传感器LTS25NP的端口7连接，数据采集卡ADLINK
‑
PCI
‑
9114的端19与电流传感器的端口8连接，数据采集卡ADLINK
‑
PCI
‑
9114的端口19与电流传感器LTS25NP的端口9之间连接直流稳压电源的5V端口，直流稳压电源负端与数据采集卡ADLINK
‑
PCI
‑
9114的端19相连，LTS25NP电流传感器1端口与直流稳压电源的24V输出端正极相连，直流稳压电源的24V输出端负极与TIP122达林顿管E端口和数据采集卡ADLINK
‑
PCI
‑
9114的端口19相连，电流传感器LTS25NP的端口4与50Ω的功率负载的一端相连，50Ω的功率负载的另一端与TIP122达林顿管C端口相连，TIP122达林顿管B端口与定时器相连，定时器由一个电源信号控制；选取达林顿管的饱和压降、基极电流、反向饱和电流及集电极电流四个特征作为达林顿管退化参数，选取输出电压和输出电流作为DC
‑
DC变换器退化参数；通过电流传感器LTS25NP获取TIP122达林顿管基极电流i
b
、集电极电流i
c
、反向饱和电流i
ceo
及DC
‑
DC变换器输出电流I
o
，使用电压测量采集TIP122达林顿管饱和压降V
ces
数据和DC
‑
DC变换器输出电压U
o
；计算得到TIP122达林顿管故障特征参数导通电阻、功率、电流增益、反向饱和电流以及DC
‑
DC变换器故障特征参数输出功率；其中基极电流能够直接获取，集电极电流i
c
通过式1获取，其中V
out
为LTS25NP电流传感器7端口与8端口之间的电压，V
r
为集电极参考电压，当电流为0时，集电极参考电压理论值为2.5V，在实际使用中受多种因素影响，该值需要校准标定；电流增益β计算公式如式2所示；功率计算公式如式3所示，其中P为功率，V
ces
为饱和压降，24V为外界输入的控制电压；P＝(24
‑
V
ces
)
×
i
c
ꢀꢀꢀ
(3)导通电阻计算公式如式4所示，其中R为导通电阻；反向饱和电流i
ceo
计算公式如式5所示，其中，V
r
＝2.505709，为未进入老化试验阶段的集电极电压；通过采集输出电压和输出电流两个关键参数，经式(6)获得输出功率，其中U
o
为达林顿管TIP122集射级之间的电压，I
o
为达林顿管TIP122集射级之间的电流；P＝U
o
·
I
o
ꢀꢀꢀ
(6)实验过程中，将达林顿管TIP122和DC
‑
DC变换器置于高低温湿热试验箱施加温湿度循环应力和大功...

【专利技术属性】
技术研发人员：程进军，李昌均，吕丞辉，赵鑫，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：