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专利号: 2018115154246
申请人: 江南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-10-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于逆向卡尔曼滤波器的Buck变换器故障检测方法,其特征在于,所述方法包括:建立非理想Buck变换器在电感电流持续导通情况下的混杂系统离散模型;

根据所述混杂系统离散模型,获取Buck变换器的状态方程和观测矩阵的方程;

获取Buck变换器在工作状态下的输入电压、切换状态、电感电流和输出电压,并确定所述Buck变换器的状态矩阵;

根据所述状态矩阵、所述状态方程和所述观测矩阵的方程,按如下公式估计k时刻Buck变换器的参数矩阵,所述参数矩阵中的元素根据Buck变换器中元件的值确定;

K(k)=P(k|k-1)HT(k)·[H(k)P(k|k-1)HT(k)+R]-1;

P(k|k-1)=P(k-1|k-1)/λ+ΓQk-1ΓT;

P(k|k)=[I-K(k)H(k)]P(k|k-1);

根据估计得到的k时刻Buck变换器的参数矩阵,确定Buck变换器中各个元件的估计值;

根据所述Buck变换器中各个元件的估计值判断所述Buck变换器是否发生故障;

其中,所述状态方程为X(k+1)=X(k)+W(k),所述观测矩阵的方程为Y(k)=H(k)X(k)+V(k);

X(k)表示k时刻Buck变换器的参数矩阵,Y(k)表示k时刻Buck变换器的观测矩阵,H(k)表示k时刻Buck变换器的状态矩阵,V(k)表示k时刻Buck变换器的观测噪声序列,W(k)表示k时刻Buck变换器的过程噪声序列,V(k)与W(k)相互独立; 表示k时刻参数矩阵X(k)的最优估计结果, 表示利用 进行估计得到的结果,P(k|k)表示k时刻 对应的协方差矩阵,K(k)表示k时刻的卡尔曼滤波增益矩阵,Γ表示噪声驱动矩阵,I表示单位矩阵;λ表示遗忘因子,λ=1或0<λ<1;k为整数;

iL(k)表示k时刻Buck变换器的电感电流,uO(k)表示k时刻Buck变换器的输出电压;

H(k)=[iL(k-1)·I2 uO(k-1)·I2 S(k)·I2],I2表示二维单位矩阵,S(k)表示Buck变换器中MOSFET管的切换状态;

T表示采样周期,E表示Buck变换器的输入电压,R表示Buck变换器中电阻的值,L表示Buck变换器中电感的值,Buck变换器中电解电容等效为电容和串联电阻,C表示电容的值,RC表示串联电阻的值。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述Buck变换器中各个元件的估计值判断所述Buck变换器是否发生故障,包括:在预定时间范围内,针对所述Buck变换器中每个元件,检测k时刻的估计值与参考值之差是否在预定范围内;预定时间范围为1至N,N为整数,1≤k≤N;

若检测到k时刻的估计值与参考值之差在预定范围内,则确定所述元件无故障;

若检测到k时刻的估计值与参考值之差在预定范围外,则检测k+1时刻至k+j时刻的估计值与参考值之差在预定范围外的数量是否为j;j为整数;

若检测到k+1时刻至k+j时刻的估计值与参考值之差在预定范围外的数量为j,则确定所述元件发生故障;

若检测到k+1时刻至k+j时刻的估计值与参考值之差在预定范围外的数量不为j,则确定所述元件无故障。

3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述根据估计得到的k时刻Buck变换器的参数矩阵,确定Buck变换器中各个元件的估计值,包括:按如下公式确定k时刻Buck变换器中电感的估计值:

按如下公式确定k时刻Buck变换器中电阻的估计值:

按如下公式确定k时刻Buck变换器中用于等效电解电容的串联电阻和电容的估计值: