开关电源关键电路故障预测技术研究
发布时间：2022-02-25 04:33
开关电源作为众多数控设备特别是自动轮对组装机的心脏之一,对液压系统与传感器精度,乃至组装精度及控制系统可靠度的影响极大,一旦出现电路退化、失效或突发故障,轻则运行异常导致生产停滞,重则控制系统故障造成安全事故。本文以决定开关电源使用寿命的DC-DC变换器为研究对象,选取正激变换器作为典型代表,研究基于HSMM的电路故障预测系统,用以评估电路与器件的退化程度,实现预测故障发生时刻的目的。主要研究内容有:（1）简要概述开关电源故障预测的相关背景与研究现状,通过对比分析确定基于HSMM的故障预测方法。从变换器关键薄弱点——功率器件入手,逐一分析电解电容、MOSFET、电感、功率二极管的失效因素与表现形式,建立器件相关参数随时间或温度的退化模型,设定参数变化20%-200%不等的标准作为各器件的失效阈值,从而为识别器件退化状态与预测故障提供依据。（2）定性分析器件退化对输出的影响,优选能表征器件退化过程的故障特征参数——输出电压、电感电流。根据器件参数运用MATLAB/Simulink仿真采集相应的故障信号,为模型建立提供数据基础。并提出运用小波包分解中的Db5小波四层分解,实现故障特征提取,...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究目的与意义
1.3 相关技术分析与研究现状
1.3.1 故障预测技术内涵
1.3.2 故障预测方法研究
1.3.3 国外开关电源故障预测研究现状
1.3.4 国内开关电源故障预测研究现状
1.4 本文研究的难点与重点
1.5 论文研究内容及结构
1.5.1 论文主要内容
1.5.2 论文总体框架
第2章 关键变换器电路的结构与失效分析
2.1 开关电源基本概述
2.1.1 开关电源分类与结构
2.1.2 DC-DC变换器分类与结构
2.2 开关电源典型应用与故障分析
2.3 正激变换器电路模块失效分析
2.4 关键器件失效分析
2.4.1 电解电容结构与失效分析
2.4.2 MOSFET 结构与失效分析
2.4.3 电感结构与失效分析
2.4.4 功率二极管结构与失效分析
2.4.5 变压器失效分析
2.5 模块与器件的失效机理总结
2.6 本章小结
第3章 故障特征参数分析与特征提取
3.1 特征参数分析与选取
3.1.1 故障特征参数分析
3.1.2 输出参数影响分析
3.2 基于仿真实验的故障特征信号获取
3.2.1 故障状态表达
3.2.2 基于 MATLAB/Simulink 的故障特征信号获取
3.3 基于小波分析的特征提取方法研究
3.3.1 小波变换基本理论
3.3.2 离散小波变换与多分辨率分析
3.3.3 小波包变换理论
3.4 基于小波包变换的故障特征提取
3.4.1 特征信号分析
3.4.2 基函数与分解层数的确定
3.4.3 信号分解与特征表达
3.5 本章小结
第4章 HSMM模型构建与参数估计及改进
4.1 HSMM模型基本理论
4.1.1 HSMM模型基本理论
4.1.2 HSMM模型结构分析
4.2 HSMM模型参数估计
4.2.1 广义前向-后向算法
4.2.2 改进 Baum-Welch 算法
4.2.3 改进 Viterbi 算法
4.3 HSMM在正激变换器电路应用中的改进
4.3.1 多观测序列的训练问题
4.3.2 模型参数初始化问题
4.4 基于可靠性的寿命预测分析
4.5 本章小结
第5章 基于HSMM的退化状态识别与故障预测
5.1 实验平台设计与实验数据获取
5.1.1 变换器实验平台设计
5.1.2 实验数据获取
5.2 数据预处理
5.3 基于HSMM的退化状态识别与故障预测模型训练
5.3.1 退化状态识别模型训练
5.3.2 全寿命HSMM模型训练
5.4 退化状态识别与故障预测结果分析
5.4.1 退化状态识别结果分析
5.4.2 故障预测结果分析
5.5 本章小结
第6章 总结和展望
6.1 主要工作总结
6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录 A 攻读硕士学位期间的学术成果
附录 B 攻读硕士学位期间参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]复杂电子设备故障预测方法研究[J]. 韩晓,赵昶宇. 科技与创新. 2017(20)
[2]视情维修中的设备维修模式权衡研究[J]. 樊柄麟,徐晓龙. 中国设备工程. 2017(16)
[3]基于小波变换和CFA-LSSVM模拟电路故障诊断[J]. 谈恩民,王存存,张欣然. 电子测量与仪器学报. 2017(08)
[4]飞机关键部件寿命分布拟合与可靠性分析[J]. 孙璐璐,马亮,杨彦明,王帅. 价值工程. 2017(18)
[5]灰色系统理论在飞机操纵钢索磨损预测中的应用[J]. 张中波,吴江,丰世林. 数学的实践与认识. 2017(11)
[6]小波变换和神经网络的电路故障诊断[J]. 辛健,马力. 现代电子技术. 2017(05)
[7]基于POF的温度应力加速试验失效机理一致性研究[J]. 郑志腾,董澍,徐丹君,蔡健平,伍招冲. 装备环境工程. 2016(06)
[8]基于MATLAB不同小波基的小波阈值图像去噪算法[J]. 曾敬枫. 智能计算机与应用. 2016(04)
[9]一种在线式开关电源输出端电解电容监测方法[J]. 李奇,杨彪,余浩,冯莲. 现代电子技术. 2015(24)
[10]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
博士论文
[1]基于隐马尔可夫模型与信息融合的设备故障诊断与性能退化评估研究[D]. 刘韬.上海交通大学 2014
[2]基于退化隐式半马尔科夫模型的设备健康预测及系统性维护策略研究[D]. 彭颖.上海交通大学 2011
[3]基于失效物理的性能可靠性技术及应用研究[D]. 刘强.国防科学技术大学 2011
硕士论文
[1]基于小波变换信号处理的电力电子电路故障诊断研究[D]. 况璟.合肥工业大学 2017
[2]基于神经网络的电力电子电路故障诊断方法研究[D]. 吴迪.哈尔滨理工大学 2017
[3]开关电源关键器件失效研究及探测[D]. 徐仕伟.电子科技大学 2016
[4]高铁动车组故障预测与健康管理关键技术的研究[D]. 朱帅军.北京交通大学 2016
[5]基于隐马尔科夫模型的DC/DC变换器故障诊断方法研究[D]. 张翼翔.西南交通大学 2015
[6]电力电子电路故障诊断与预测技术研究[D]. 盛艳燕.南京航空航天大学 2014
[7]基于关键器件的开关电源寿命预测[D]. 叶英豪.西安电子科技大学 2014
[8]电力电子电路故障特征参数提取与健康预报研究[D]. 吴祎.南京航空航天大学 2013
[9]基于谱聚类和CHSMM的非线性系统的剩余寿命预测[D]. 杜鹏.哈尔滨工业大学 2011
[10]电力电子电路参数辨识与故障预测方法研究[D]. 杨媛媛.南京航空航天大学 2011
本文编号：3643748
【文章来源】：武汉理工大学湖北省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究目的与意义
1.3 相关技术分析与研究现状
1.3.1 故障预测技术内涵
1.3.2 故障预测方法研究
1.3.3 国外开关电源故障预测研究现状
1.3.4 国内开关电源故障预测研究现状
1.4 本文研究的难点与重点
1.5 论文研究内容及结构
1.5.1 论文主要内容
1.5.2 论文总体框架
第2章 关键变换器电路的结构与失效分析
2.1 开关电源基本概述
2.1.1 开关电源分类与结构
2.1.2 DC-DC变换器分类与结构
2.2 开关电源典型应用与故障分析
2.3 正激变换器电路模块失效分析
2.4 关键器件失效分析
2.4.1 电解电容结构与失效分析
2.4.2 MOSFET 结构与失效分析
2.4.3 电感结构与失效分析
2.4.4 功率二极管结构与失效分析
2.4.5 变压器失效分析
2.5 模块与器件的失效机理总结
2.6 本章小结
第3章 故障特征参数分析与特征提取
3.1 特征参数分析与选取
3.1.1 故障特征参数分析
3.1.2 输出参数影响分析
3.2 基于仿真实验的故障特征信号获取
3.2.1 故障状态表达
3.2.2 基于 MATLAB/Simulink 的故障特征信号获取
3.3 基于小波分析的特征提取方法研究
3.3.1 小波变换基本理论
3.3.2 离散小波变换与多分辨率分析
3.3.3 小波包变换理论
3.4 基于小波包变换的故障特征提取
3.4.1 特征信号分析
3.4.2 基函数与分解层数的确定
3.4.3 信号分解与特征表达
3.5 本章小结
第4章 HSMM模型构建与参数估计及改进
4.1 HSMM模型基本理论
4.1.1 HSMM模型基本理论
4.1.2 HSMM模型结构分析
4.2 HSMM模型参数估计
4.2.1 广义前向-后向算法
4.2.2 改进 Baum-Welch 算法
4.2.3 改进 Viterbi 算法
4.3 HSMM在正激变换器电路应用中的改进
4.3.1 多观测序列的训练问题
4.3.2 模型参数初始化问题
4.4 基于可靠性的寿命预测分析
4.5 本章小结
第5章 基于HSMM的退化状态识别与故障预测
5.1 实验平台设计与实验数据获取
5.1.1 变换器实验平台设计
5.1.2 实验数据获取
5.2 数据预处理
5.3 基于HSMM的退化状态识别与故障预测模型训练
5.3.1 退化状态识别模型训练
5.3.2 全寿命HSMM模型训练
5.4 退化状态识别与故障预测结果分析
5.4.1 退化状态识别结果分析
5.4.2 故障预测结果分析
5.5 本章小结
第6章 总结和展望
6.1 主要工作总结
6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录 A 攻读硕士学位期间的学术成果
附录 B 攻读硕士学位期间参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]复杂电子设备故障预测方法研究[J]. 韩晓,赵昶宇. 科技与创新. 2017(20)
[2]视情维修中的设备维修模式权衡研究[J]. 樊柄麟,徐晓龙. 中国设备工程. 2017(16)
[3]基于小波变换和CFA-LSSVM模拟电路故障诊断[J]. 谈恩民,王存存,张欣然. 电子测量与仪器学报. 2017(08)
[4]飞机关键部件寿命分布拟合与可靠性分析[J]. 孙璐璐,马亮,杨彦明,王帅. 价值工程. 2017(18)
[5]灰色系统理论在飞机操纵钢索磨损预测中的应用[J]. 张中波,吴江,丰世林. 数学的实践与认识. 2017(11)
[6]小波变换和神经网络的电路故障诊断[J]. 辛健,马力. 现代电子技术. 2017(05)
[7]基于POF的温度应力加速试验失效机理一致性研究[J]. 郑志腾,董澍,徐丹君,蔡健平,伍招冲. 装备环境工程. 2016(06)
[8]基于MATLAB不同小波基的小波阈值图像去噪算法[J]. 曾敬枫. 智能计算机与应用. 2016(04)
[9]一种在线式开关电源输出端电解电容监测方法[J]. 李奇,杨彪,余浩,冯莲. 现代电子技术. 2015(24)
[10]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
博士论文
[1]基于隐马尔可夫模型与信息融合的设备故障诊断与性能退化评估研究[D]. 刘韬.上海交通大学 2014
[2]基于退化隐式半马尔科夫模型的设备健康预测及系统性维护策略研究[D]. 彭颖.上海交通大学 2011
[3]基于失效物理的性能可靠性技术及应用研究[D]. 刘强.国防科学技术大学 2011
硕士论文
[1]基于小波变换信号处理的电力电子电路故障诊断研究[D]. 况璟.合肥工业大学 2017
[2]基于神经网络的电力电子电路故障诊断方法研究[D]. 吴迪.哈尔滨理工大学 2017
[3]开关电源关键器件失效研究及探测[D]. 徐仕伟.电子科技大学 2016
[4]高铁动车组故障预测与健康管理关键技术的研究[D]. 朱帅军.北京交通大学 2016
[5]基于隐马尔科夫模型的DC/DC变换器故障诊断方法研究[D]. 张翼翔.西南交通大学 2015
[6]电力电子电路故障诊断与预测技术研究[D]. 盛艳燕.南京航空航天大学 2014
[7]基于关键器件的开关电源寿命预测[D]. 叶英豪.西安电子科技大学 2014
[8]电力电子电路故障特征参数提取与健康预报研究[D]. 吴祎.南京航空航天大学 2013
[9]基于谱聚类和CHSMM的非线性系统的剩余寿命预测[D]. 杜鹏.哈尔滨工业大学 2011
[10]电力电子电路参数辨识与故障预测方法研究[D]. 杨媛媛.南京航空航天大学 2011
本文编号：3643748
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3643748.html
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