fault diagnosis and fault tolerant control non-Gaussian singular stochastic distribution systems (1)
机械类毕业设计开题报告

机械类毕业设计开题报告机械类毕业设计开题报告一、选题背景和意义机械工程是一门应用科学,通过设计、制造和维护机械设备来满足人类的需求。
随着科技的不断进步和社会的发展,机械工程在各个领域都发挥着重要作用。
作为机械工程专业的学生,我深知毕业设计的重要性,它是对我们四年学习成果的综合展示,也是我们进一步深入研究机械领域的机会。
本次毕业设计的选题是基于对现实问题的观察和分析而来的。
在日常生活中,我们常常会遇到一些机械设备的故障,比如家用电器的损坏、汽车的故障等。
这些问题给我们的生活带来了很多不便,也造成了资源的浪费。
因此,我决定选择一个与机械设备故障诊断相关的课题,以提高设备的可靠性和使用寿命。
二、研究内容和目标本次毕业设计的研究内容主要包括机械设备故障诊断的理论研究和实际应用。
通过对机械设备故障的分析和诊断,可以找出故障的原因,并采取相应的措施进行修复。
这不仅可以提高设备的可靠性,减少故障发生的概率,还可以延长设备的使用寿命,节约资源。
在研究过程中,我将主要关注以下几个方面:1. 故障诊断方法的研究:对于不同类型的机械设备故障,需要采用不同的诊断方法。
我将研究和比较各种故障诊断方法的优缺点,选择适合特定情况的方法。
2. 故障诊断系统的设计与实现:根据研究结果,我将设计一个故障诊断系统,用于对机械设备进行故障诊断。
该系统将结合传感器技术、数据处理技术和人工智能技术,实现对设备状态的实时监测和分析。
3. 故障诊断实验的设计与实施:为了验证故障诊断系统的有效性,我将设计一系列实验,模拟不同类型的故障情况,并使用故障诊断系统进行诊断。
通过实验结果的分析和比较,评估系统的准确性和可靠性。
三、研究方法和步骤在本次毕业设计中,我将采用以下研究方法和步骤:1. 文献调研:通过查阅相关的文献和资料,了解机械设备故障诊断的研究现状和发展趋势,为后续的研究提供理论基础。
2. 理论研究:在文献调研的基础上,深入研究机械设备故障诊断的原理和方法,掌握常用的故障诊断技术和工具。
MIDAS侦测器故障代码与故障诊断

0P3 型热分解器失效,Data value: Data value: others, 热分解器内部失效,联系服务商。
传感器缺失, 无通讯。 重装传感器。更换传感器。
F49
Cartridge wrong type.
传感器型号错误,与出厂设置不一致,更换传感器或如果现
在安装的传感器类型正确的话,“打勾”确认。
F80
Temperature limits exceeded. 温度超限 检查安装环境
F81
Flow fail.
0P3 pyrolyzer module failure
热分解器加热不匹配,需要不同型号的热分解器。联系服务 商需要用HTP 型号的热分解器。MIDAS-S-CFX or MIDAS-E-CFX 需要安装在高温型的热分解器上。 更换HTP 型号的热分解器 。 0P3 型热分解器失效,Data value: 0x0800,热分解加温失 效 0P3 型热分解器失效,Data value: 0x1000,热分解器流量 超出范围,检查MIDAS 主机和PO3热分解器之间的流量
器的前提下,检查环境背景气体浓度, 或更换传感器。
F46
Cartridge analog failure.
传感器模拟转换故障, 电子故障或检测气体浓度大范围超出
量程造成损坏, 更换传感器。
F47
Cartridge memory invalid.
传感器内存失效,传感器内部校验失效,更换传感器。
F48
Cartridge absent.
F42
Calibration expired.
F43
Cartridge expired.
F44
Cell failure.
基于MRAS的无直流母线电压传感器PMSM滑模控制

基于MRAS的无直流母线电压传感器PMSM滑模控制常海赐;滕青芳;靳宇星【摘要】针对永磁同步电机直流母线电压传感器故障的问题,提出一种无直流母线电压传感器的永磁同步电机滑模控制策略。
设计了基于自适应技术的模型参考自适应观测器,以精确估计直流母线电压值,从而保证电机正常运行,利用滑模控制技术,设计了积分滑模面,以保证电机转速、直轴、交轴电流能够快速收敛到给定值。
同时采用连续幂次函数设计滑模控制律,消除了滑模抖振。
仿真结果表明,所设计的直流母线电压观测器能够精确观测直流母线电压值,当直流母线电压传感器故障时亦能够保证系统的正常运行,且滑模控制器能够使转速、电流更快的跟随给定值,使系统具有更强的鲁棒性。
%In view of the fault of DC bus voltage sensor of the permanent magnet synchronous mo-tor (PMSM),the sliding mode control strategy of PMSM for DC bus voltage sensor is proposed. A model reference adaptive observer is designed to exactly estimate DC bus voltage and to ensure the normal operation of the motor with adaptive techniques.By making use of the sliding mode control techniques,an integral sliding surface is designed to ensure that the motor speed,direct-axis and quadrature-axis current can quickly converge to the given value.At the same time,the control law is designed by using the continuous power function to eliminate the chattering of slid-ing mode.The simulation results show that the designed DC bus voltage observer can accurately observe DC bus voltage value to guarantee the normal operation of the system when DC bus volt-age sensor is fault.The sliding mode controllercan make the rotating speed and current follow the given value faster,and make the system more robust.【期刊名称】《兰州交通大学学报》【年(卷),期】2016(035)006【总页数】7页(P76-82)【关键词】永磁同步电机;直流母线电压;模型参考自适应观测器;滑模控制【作者】常海赐;滕青芳;靳宇星【作者单位】兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州 730070;兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州 730070;兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州 730070【正文语种】中文【中图分类】TM351永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)因其结构简单、高效率、高功率密度和形状、尺寸灵活多样等突出优点,在工业、交通、军事等领域被广泛的应用.对于一个典型的电压源逆变器驱动PMSM控制系统而言,需要一个直流母线电压传感器来传递直流母线信息.通过传感器检测直流母线电压信息,不仅增加了成本和体积,而且当直流母线电压传感器出现故障时控制系统无法精确获取直流母线电压值,进而损害系统的可控性[1-3].针对上述问题,有两种容错方案,即硬件冗余法和解析冗余法[4-6].硬件冗余即增加冗余传感器法,这样既增加生产成本,也使系统体积更加庞大,使系统结构复杂化.故硬件冗余法较少采用;解析冗余则基于系统数学模型,通过软件算法实现电机直流母线电压辨识,具有编程灵活、功能强大、易于实现和成本低廉等优点,因此是电机容错系统的首选容错方案[7-9].PMSM直流母线电压的容错方案,国外学者研究较多.文献[10]采用直接替换法,当直流母线电压传感器出现故障时,直接采用额定直流母线电压值代替实际值,以保证系统的持续运行,该方法局限于直流母线电压恒定的系统,不能适用于母线电压随时间波动的系统,比如混合动力电动汽车;文献[11]采用自适应磁链观测法,提出了一种在线直流母线电压观测器,但因设计复杂而难于实现,且该方法只能针对感应电机系统.文献[12]针对电力牵引系统的单相PWM整流器,利用电网侧已知信息设计了龙贝格状态观测器以重构直流母线电压,因其需要得到电网侧的实时信息,具有一定的局限性.基于此,设计一个简单有效的直流母线电压观测器来实时观测直流母线电压值很有必要.针对永磁同步电机控制系统采用自适应技术,设计了模型参考自适应(model reference adaptive system,MRAS)观测器对直流母线电压进行实时在线观测.传统的矢量控制一般采用PI控制器作为转速和电流调节器,在一定条件下它能起调节作用,但当系统参数变化或存在外部干扰时(例如,模型不确定、参数摄动、摩擦阻力和负载扰动等),则难以保证电机系统获得满意性能[13-15].为了改善控制系统的的鲁棒性,一些非线性控制方法相继被提出.其中滑模(sliding mode,SM)变结构控制因为对PMSM系统参数时变和外部扰动的强鲁棒性,成为国内外的研究热点[16-18].滑模控制无需精确的数学模型,可根据当前的系统状态构造滑模面,通过控制量的切换作用,迫使系统沿着既定的“滑动模态”运动.具有响应速度快、对外界参数不敏感、易于实现等优点[19],在永磁同步电机控制领域被广泛使用.为提高PMSM控制系统的响应速度和抗负载扰动能力,本文根据矢量控制原理,设计了积分滑模控制器(integral sliding mode controller,ISMC),使得电机转速、直轴电流、交轴电流能快速收敛到给定值.此外采用连续幂次函数代替传统开关函数,以消除抖振、保证系统的稳定性.假设磁路不饱和,空间磁场呈正弦分布,不计涡流和磁滞损耗,PMSM定子电流方程在dq两相旋转坐标系下可表示为式中:ud,uq,id,iq,Ld,Lq分别为定子电压、电流、电感在dq轴的分量;Rs为定子电阻;ψf为永磁体磁链;np为磁极对数;wr为转子机械角速度. PMSM机械转动方程为式中:J为转动惯量;T1为负载转矩;Bm为阻力.电磁转矩可以表示为对于隐极式永磁同步电机而言,由于Ld=Lq=L,因此,电磁转矩可表示为Te=1.5npψfiq.针对三相六开关电压源逆变器驱动PMSM控制系统,基于模型参考自适应观测器和滑模变结构控制理论,提出了PMSM无直流母线电压传感器积分滑模控制策略.系统结构框图如图1所示,该系统主要包括:模型参考自适应观测器、转速环积分滑模控制器、q轴电流积分滑模控制器、d轴电流积分滑模控制器、SVPWM模块及电压源逆变器等.2.1 模型参考自适应观测器设计对于由电压源型逆变器驱动的三相永磁同步电机,定子相电压是由施加在功率开关门极上的PWM信号和直流母线电压所决定的.因此定子电压幅值可近似的表示为式中:ma为调制系数;Vdc为直流母线电压;γ是由PWM开关方式决定的.当直流母线电压传感器发生故障,直流母线电压值无法获得的情况下,可将定子电压值近似为式中:Vdc(nom)为给定的直流母线电压值;若定义α=Vdc/Vdc(nom),则us=αu.通过准确观测α就可以得到真正的直流母线电压值.1)参考模型由式(1)可得模型自适应观测器的参考模型为式中:2)可调模型考虑直流母线电压是未知的,模型参考自适应观测器的可调模型表示(表示的估计值)如下:式中为反馈项,kv为反馈系数.对参考模型式(6)和可调模型式(7)做差,得到两个模型的输出之差(,表示的误差值)如式(8)所示.将式(8)写成向量形式如下:式中:为了得到使观测器稳定的自适应律,选择如下Lyapunov函数:式中:kα为正增益.对式(10)求导可得为保证误差系统式(8)稳定,需满足V1≤0.为此可做如下假设:则因为直流母线电压的变化率远小于定子电流变化率,可以认为因此可以得到从而得到的自适应律为为了提高直流母线电压的估计精度,本文采用基于比例积分作用的模型参考自适应观测器:式中:kp,ki分别为比例和积分增益.则Vdc的估计值可由得到.由以上分析可构造出基于MRAS的PMSM直流母线电压观测器结构框图,如图2所示.2.2 积分滑模控制器设计2.2.1 电机转速控制器设计转速控制器的设计目的就是寻找合适控制律,使得电机实际转速ωr能够快速准确地跟随给定转速,因此定义速度误差为eω=-ωr.为提高电机转速的响应速度和跟踪精度,设计如下积分滑模面:式中:c1为常数;t→∞.根据式(2)和式(3)可进一步得到为避免滑模控制中由于开关项sign(·)函数引起的高频抖振现象,通常的做法是采用饱和函数sat(·)函数代替sign(·)函数,但是当系统进入稳态后,抖振现象依然存在.为了彻底消除这种抖振现象,本文通过引入连续幂次函数fal(·)函数将滑模控制律设计为其中:η1为滑模正增益;连续幂次函数fal(·)的定义如下:其中:δ为滤波因子;ε为非线性因子;当ε∈(0,1)时式(16)具有小误差大增益,这种特性是传统的饱和函数sat(·)所不具备的.根据式(14)和式(15)可以得出转速积分滑模控制器的输出为根据以上各式可得出PMSM转速控制器结构框图,如图3所示.为验证以式(17)为输出时滑模控制器的稳定性,定义Lyapunov函数为对上式求导,并将式(13)和式(17)代入得当δ1>0,ε1∈(0,1)时Lyapunov函数V2正定,且其导数≤0,因此当采用式(17)所示的滑模控制律时,系统满足Lyapunov稳定性条件.2.2.2 电机交、直轴电流控制器设计交、直轴电流控制器用于精确跟踪dq轴电流,因此将dq轴电流误差定义为其中分别为dq轴坐标系下的定子电流参考值,且=0.采用和转速环一样的控制策略将滑模切换面设计为进一步可得到同转速环一样,为减小dq轴电流脉动采用连续幂次函数函数fal(·)将电流环滑模控制趋近律取为由式(20)和式(21)即可求得交、直轴电流的输出为稳定性证明,同转速环,略.为验证所设计系统的正确性和有效性,采用Matlab/Simulink/Simspace进行了仿真研究,所采用的PMSM各项参数如表1所列.仿真过程中采样时间设置为100μs,电机参考转速1 000r/min,带2N·m负载启动,直流母线电压参考值Vdc(nom)=300V.转速滑模控制器的参数为:c1=0.2,η1=2 400,ε1=0.5,δ=0.1;电流滑模控制器参数为:c2=c3=0.01,η2=η3=500,ε2=ε3=0.5,δ2=δ3=0.1;直流母线电压MRAS观测器中PI 控制器参数选择为:kp=0.01,ki=0.02.图4至图7分别给出了系统的直流母线电压观测曲线图和电机转速、转矩以及dq 轴电流曲线图.从图4可以看出所设计的MRAS观测器能够快速、准确地估计出系统直流母线电压值.图5至图7可以看出基于积分滑模的转速控制器、电流控制器能够使系统具有良好的转速、转矩响应以及稳定的dq轴电流值.针对PMSM驱动系统中直流母线电压传感器故障的情况,本文采用MRAS技术设计了一种简单易于实现的MRAS直流母线电压观测器,利用已知的转速、定子电流等信息精确估算出了直流母线电压值,保证了永磁同步电机在直流母线电压传感器故障状态下的正常运行,提高了PMSM的运行可靠性;采用积分滑模控制器作为系统的转速和电流控制器,提高了系统的响应速度,减小了转矩和电流脉动,将连续幂次函数fal(.)函数引入滑模控制律中,有效的消除了滑模抖振,提高了滑模控制器的控制性能.仿真结果表明了本文控制策略的正确性和实用性.【相关文献】[1] Foo G H B,Zhang X,Vilathgamuwa D M.A sensor fault detection and isolation method in interior permanent-magnet synchronous motor drives based on an extended kalman filter[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2013,60(8):3485-3495.[2] Zakzouk N E,Abdelsalam A K,Helal A A,et al.DC-link voltage sensorless control technique for singlephase two-stage photovoltaic grid-connected system[C]//IEEE International Energy Conference.Piscataway,NJ:IEEE Press,2014:58-64.[3]王本振,邓堪谊,于艳君,等.直流母线电压对载波频率成份法无位置传感器控制的影响分析[J].微电机,2010,43(10):10-12.[4]滕青芳,柏建勇,朱建国,等.基于滑模模型参考自适应观测器的无速度传感器三相永磁同步电机模型预测转矩控制[J].控制理论与应用,2015,32(2):150-161.[5] Berriri H,Naouar M W,Slama-Belkhodja I.Easy and fast sensor fault detection and isolation algorithm for electrical drives[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2012,27(2):490-499.[6] Wallmark O,Harnefors L,Carlson O.Control algorithms for a fault-tolerant PMSM drive[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2007,54(4):1973-1980. 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文本检测架构流程

文本检测架构流程1.初步分析输入文本,提取关键信息。
Initial analysis of the input text, extracting key information.2.确定文本检测的目标和范围。
Determining the goals and scope of the text detection.3.创建文本检测的流程图和架构设计。
Creating the flowchart and architecture design for text detection.4.确定文本检测所需的技术和工具。
Identifying the techniques and tools required for text detection.5.开发文本检测的算法和模型。
Developing algorithms and models for text detection.6.设计文本检测的数据收集和标注方案。
Designing data collection and annotation plans for text detection.7.实现文本检测的原型系统。
Implementing a prototype system for text detection.8.进行文本检测的功能和性能测试。
Conducting functional and performance testing for text detection.9.优化文本检测的算法和模型。
Optimizing algorithms and models for text detection.10.部署文本检测的系统和服务。
Deploying the system and services for text detection.11.监控文本检测的运行状态和结果质量。
Monitoring the operation and result quality of text detection.12.收集用户反馈,并对文本检测进行改进。
基于故障树的速度传感器检测方法研究

基于故障树的速度传感器检测方法研究黄愉华1,金 捷2(1. 上海地铁维护保障有限公司通号分公司,上海 200235;2. 上海申通地铁集团有限公司,上海 201103)摘要:速度传感器是信号车载子系统的重要外部设备。
为精确定位速度传感器的故障,提出并设计基于故障树的速度传感器检测方法和检测方案。
然后,以上海轨道交通8号线的速度传感器故障为例,采用故障树分析方法(Fault Tree Analysis,FTA)精确定位导致速度传感器故障的原因是辅逆变器导致的,并设计屏蔽方法来保证速度传感器不受干扰,保证速度传感器的正常工作。
关键词:故障树;速度传感器;检测方法 中图分类号:U260.352 文献标志码:A 文章编号:1673-4440(2023)07-0087-05Research on Speed Sensor Detection Method Based on Fault TreeHuang Yuhua 1, Jin Jie 2(1. Telecom & Signaling Branch, Shanghai Metro Maintenance Support Co., Ltd., Shanghai 200235, China)(2. Shanghai ShenTong Metro Group Co., Ltd., Shanghai 201103, China)Abstract: Speed sensor is an important external equipment of on-board signal subsystem. In order to accurately locate the fault of speed sensor, this paper proposes and designs a speed sensor detection method and detection scheme based on fault tree. Taking the speed sensor fault of Shanghai Rail Transit Line 8 as an example, this paper uses Fault Tree Analysis (FTA) to accurately locate the cause of the speed sensor fault due to the auxiliary inverter, and designs a shielding method to ensure that the speed sensor is not disturbed and ensure the normal operation of the speed sensor.Keywords: fault tree; speed sensor; detection methodDOI: 10.3969/j.issn.1673-4440.2023.07.016收稿日期:2022-07-27;修回日期:2023-05-09基金项目:上海申通地铁集团有限公司科研基金资助项目(JS-KY19R041)第一作者:黄愉华(1988—),男,工程师,本科,主要研究方向:城市轨道交通信号项目与维护,邮箱:****************。
外文翻译(Integrated Fault-Tolerant Scheme for a DC Speed Drive)

关于直流调速器的集成容错方案D. U. Campos-Delgado, Member, IEEE, S. Martínez -Martínez,and K. Zhou, Fellow, IEEE译者:张进指导老师:曾孟雄教学单位:机械与材料学院摘要——本文呈现了一个带有干扰补偿的容错控制(FTC)方案。
故障检测和干扰补偿融为一体,对模型系统的不稳定性提出了一种鲁棒算法。
在现行容错方案中,GIMC控制结构[23]被用作反馈装置。
利用鲁棒控制理论可获得容错方案的参数生成。
考虑到数学模型系统的不稳定性和动荡性,设计了一个检测滤波器用于故障分离。
最后,故障补偿机制包括对干扰的评估,在检测到故障后,该评估应用于系统可以提高闭环系统的性能。
为了说明这些想法,选择直流电动机的速度调节作为个案研究,实验成果如下报告。
设计,鲁棒控制。
关键术语——直流电动机,容错控制,H∞Ⅰ. 导言在许多工业应用中,有昂贵设备的管理及操作人员的参与。
在这些情况下,是需要对自动化加工过程提供一些安全程度的。
因此,操作者必须接受一个加入这一加工过程用于指示故障可能产生的指示器,以便采取适当的行动。
对于某些类型的故障,通常可以设计标称控制系统来处理,该系统可用于接受那些故障或者保留故障情况下的一些性能,这是可能的(被动的方法)[1]-[3]。
但是,这一策略在实践中往往是保守的,因为控制器的设计上必须考虑到最坏的情况。
产生这些容错控制器的方法之一,就是采用H∞鲁棒设计技术[4]-[6]。
用于容错控制(FTC)的另一种方法依赖于控制过程中故障实例的检测,目的是把一个合适的补偿机制应用于反馈系统中(主动的方法)[7]。
在这个方案中,首先要检测一种故障情况,这是必须的,其次,需要设计一种算法,来确定所发生的故障类型(故障隔离)。
基于故障分离模块,需要引入一个用于标称控制信号的外部补偿信号,或者更新控制器是参数[8],[9]。
fault-tolerant的中文 -回复
fault-tolerant的中文-回复【faulttolerant的中文】故障容错技术在计算机领域的应用【引言】在计算机技术不断发展的今天,系统可靠性和容错性成为人们越来越关注的重要问题。
故障容错技术(faulttolerant)以其在系统设计和实现中的重要地位,成为计算机领域研究的热门话题。
故障容错技术的主要目标是提供系统的可靠性,能够在出现故障时自动恢复,保证系统的稳定运行。
本文将深入探讨故障容错技术的中文含义、原理和在计算机领域的应用。
【正文】一、故障容错技术的中文含义故障容错技术(faulttolerant)中的"fault"指的是系统或设备出现故障,而"tolerant"则代表了处理故障能力强、具备自我修复能力的特性。
故障容错技术是通过系统设计和实现,保证在出现硬件或软件故障情况下,系统仍然能够保持稳定运行,不会导致整个系统崩溃。
二、故障容错技术的原理故障容错技术的原理主要包括以下几个方面:1.冗余技术:通过将系统的关键组件或数据进行冗余设计,当其中一个组件或数据出现故障时,可以快速切换到备用组件或数据,确保系统的持续可用性。
2.自检和自修复:系统能够定期检测自身状态,及时发现并修复故障。
这可以通过使用故障检测算法、自动备份等方式实现。
3.错误检测和纠正:故障容错技术的核心是识别系统中存在的错误并加以纠正。
这可以通过利用校验码、差错控制码等方法实现。
三、故障容错技术在计算机领域的应用故障容错技术在计算机领域的应用非常广泛,涉及到操作系统、数据库、网络等多个方面。
1.操作系统操作系统是计算机系统的核心,它负责管理和控制硬件资源,保证各个应用程序的正常运行。
故障容错技术在操作系统中的应用主要体现在以下几个方面:- 容错文件系统:通过数据冗余、错误检测和自动修复机制保证文件系统的可靠性和可用性。
- 容错虚拟内存:在内存管理中,通过实现容错机制,可以避免出现内存故障导致的系统崩溃。
fault-tolerant的中文 -回复
fault-tolerant的中文-回复题目:faulttolerant的中文意思及其应用领域的探讨引言:现如今,随着信息技术的高速发展,各行各业对于系统的可靠性要求越来越高。
而faulttolerant作为一种重要的技术手段,在信息领域扮演着重要的角色。
本文将着重探讨faulttolerant的中文意思以及其在不同领域的应用。
第一部分:faulttolerant的中文意思faulttolerant一词源于英文,fault意为“故障”,tolerant则是“容忍”的意思。
结合起来,faulttolerant可以翻译为“容错”或者“故障容忍”。
它指的是一种系统或设备在发生故障时,仍然保持运行,并且不会对整体系统的正常工作产生影响。
第二部分:faulttolerant的应用领域1.计算机科学领域:在计算机科学领域,faulttolerant技术被广泛应用于操作系统、数据库系统、网络通信等方面。
一些关键性的任务,比如银行交易、航空航天系统和核能系统等都需要高度的容错性,以确保任何故障都不会导致系统瘫痪或数据损失。
2.云计算与大数据领域:随着云计算和大数据应用的迅速发展,对于系统的可靠性要求也越来越高。
在这些领域中,faulttolerant被广泛使用以确保系统的高可用性。
例如,分布式存储系统和分布式计算框架通常采用冗余数据和备份策略,以应对节点故障和数据丢失的情况。
3.网络和通信领域:在网络和通信领域,faulttolerant技术用于保证数据的可靠传输。
例如,通过使用冗余的网络链路或路由协议,可以避免单个链路或节点的故障对整个网络的影响。
此外,还有许多基于容错技术的通信协议被应用于提高通信的可靠性。
4.工业自动化领域:在工业自动化领域,faulttolerant技术可应用于保证生产过程的持续运行。
通过使用冗余的传感器、执行器和数据采集设备,可以在故障发生时快速切换到备用设备,避免生产中断和设备损坏。
功率变换器的容错设计及验证
功率变换器的容错设计及验证周政;刘勇智;宋金龙;马卫民;王真亮【摘要】为提高航空开关磁阻发电系统的可靠性,对系统中功率变换器常见的开路故障进行分析.结合不对称半桥式功率变换器各相独立的优势,设计一种容错型功率变换器.利用空闲相功率器件代替故障相功率器件实现功率变换器的开路故障容错.搭建容错型开关磁阻起动/发电系统的仿真实验平台和硬件实验平台进行实验验证,结果表明,该容错型功率变换器具有较好的容错性能,容错后系统的输出电压最大脉动幅度在6V以内,满足标准的要求.%In order to improve the reliability of the Switch Reluctance Generation (SRG)system,several common failures of power converter are bined with the superiority of the independence of asymmetrical bridge power converter,a kind of fault-tolerant power converter is devised.The fault-tolerance power converter makes use of the free-phase power tubes to replace the fault-phase power tubes.A hardware platform and a simulation platform of faulttolerant switch reluctance starter/generator system are established tovalidate.Simulation and experiment results show that fault-tolerant power converter has great fault-tolerant performance and the maximum amplitude of the output voltage is less than 6 V which meets the requirements of relevant standard.【期刊名称】《计算机工程》【年(卷),期】2017(043)002【总页数】5页(P120-123,130)【关键词】开关磁阻发电系统;功率变换器;容错性;开路故障;输出电压【作者】周政;刘勇智;宋金龙;马卫民;王真亮【作者单位】空军工程大学航空航天工程学院,西安710038;空军工程大学航空航天工程学院,西安710038;空军工程大学航空航天工程学院,西安710038;94354部队,山东济宁272000;航空大学95926部队,长春130051【正文语种】中文【中图分类】TP391随着多/全电飞机的不断地发展[1],高压直流电源系统成为人们研究的热点。
光伏微逆变器电流传感器和功率管开路故障诊断
光伏微逆变器电流传感器和功率管开路故障诊断李舟;彭涛;韩华;张鹏飞【摘要】当电流传感器出现性能蜕化、故障或失效时,光伏微逆变器系统的输出会受到严重影响,甚至微逆变器系统其他部件有可能被直接损坏而导致整个系统永久失效;微逆变器系统中反激式变换器功率管的开路故障会引起2个交错支路电流不平衡,导致输出电流波形畸变率变大.为此,提出一种基于状态观测器的光伏微逆变器电流传感器和功率管开路故障诊断方法.建立两路反激式变换器的数学模型;构建状态观测器以实现对两路反激式变换器原边电流的在线估计,并生成残差;将残差与阈值进行比较,实现对微逆变器系统中电流传感器与功率管的实时故障诊断.仿真结果验证该方法可行且有效.【期刊名称】《计算机辅助工程》【年(卷),期】2015(024)003【总页数】6页(P52-56,61)【关键词】光伏微逆变器;故障诊断;状态观测器;电流传感器故障;功率管开路故障【作者】李舟;彭涛;韩华;张鹏飞【作者单位】中南大学信息科学与工程学院,长沙410083;中南大学信息科学与工程学院,长沙410083;中南大学信息科学与工程学院,长沙410083;中南大学信息科学与工程学院,长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TP206.3近年来,微逆变器以具有单个组件最大功率跟踪、低直流电压、扩展灵活、即插即用、可靠性高等一系列优点[1-2],成为光伏逆变器研究的热点.微逆变器的主流研究方向有效率改善、功率解耦和波形质量等[3-5],少有学者关注微逆变器的可靠性运行问题.微逆变器长期工作于高温湿热的恶劣环境条件下,而微逆变器的可靠性要求高,一般要求与光伏组件相匹配的使用寿命为25 a [6],因此实时监测微逆变器系统的运行状态、及时检测故障并处理故障是提高光伏并网微逆变器可靠性和产品寿命的关键.传感器是微逆变器系统中必不可缺少的组件之一.良好的控制系统在很大程度上取决于传感器的精确测量,当传感器出现性能蜕化、故障或失效时,会严重影响系统控制,甚至可能使得系统偏离稳定状态,引起系统崩溃.此外,反激变换器中的功率管长期处于高频调制下,承受高电压和大电流,开关损耗较大、发热较为严重,也极易发生故障.[7]当一路反激变换器功率管出现开路故障时,会造成另一路过流,导致其功率管和高频变压器超过额定功率而过热损坏,特别是长时间运行后,会严重影响系统的运行性能和设备使用寿命.目前,传感器和功率管的故障诊断已经引起不少学者的关注,但研究都集中在感应电机、无刷电机、风力发电、矩阵变换器和变频器等电力电子系统上[8-10],对光伏微逆变器中传感器和功率管故障诊断问题还未足够重视.因此,对光伏微逆变器中传感器和功率管故障诊断研究具有十分重要的意义.常用的基于解析模型的故障检测方法有状态估计方法、等价空间方法和参数估计方法等.[11]基于观测器的故障诊断基本思想是利用系统解析模型和可测信息设计观测器,重建系统某一可测变量,然后由该值与系统实际输出的差值构造残差,再对残差进行分析处理,以实现系统的故障诊断.[12]该方法能够实时监测系统的工作状态,快速进行故障诊断,目前已广泛应用于各种电力电子系统故障诊断中.[13-14]基于观测器的方法用于光伏微逆变器传感器与功率管的故障诊断未见报道.本文提出一种基于状态观测器的光伏微逆变器电流传感器和功率管故障诊断方法,实时监测微逆变器系统运行状态,及时诊断不同故障类型的发生,以有效提高光伏产品的可靠性和使用寿命.光伏并网微逆变器主要由两路交错并联反激变换器、逆变桥和输出滤波器等3部分组成,拓扑结构见图1,其中:CS1和CS2分别为检测两路反激变换器原边电流的传感器,CS3为检测输出并网电流的传感器;Spv1和Spv2为交错反激式变换器中的2个主开关;upv为光伏板直流侧电压.反激式变换器将光伏阵列模块输出的直流电采用高频调制变换成2倍工频的直流馒头波式正弦波,再经过逆变桥后,将馒头波变成100 Hz的正弦波,最后通过滤波电路将电流变换为与电网同频同相的交流电,与电网进行并联.两路反激变换器模型见图2.图2中:uac为电网电压;d1和d2分别为Spv1和Spv2在一个开关周期内的导通时间;Rp为高频变压器内阻;Lm1和Lm2分别为两路反激变换器的励磁电感;Rf,Lf和Cf分别为输出滤波电阻、电感和电容;Ron为Spv1和Spv2的导通电阻.选取2路原边励磁电感电流iLm1和iLm2,输出滤波电感电流iac,输出滤波电容电压uf作为状态变量,得到线性化小信号模型为式中:x=[iLm1 iLm2 iac uf]T,y=[iLm1 iLm2],U=[d1 d2 upv uac]T分别为状态变量、控制输入和可测输出;A,B和C分别为系统的状态矩阵、控制矩阵和输出矩阵,,C=[1 1 0 0],且.其中:N为反激变换器副边与原边的匝数比,D1和D2分别为2个功率管Spv1和Spv2的稳态占空比,N.根据式(1)构造反激式变换器的状态观测器估计模型,即式中:H为观测器输出误差补偿矩阵.所构造的估计模型见图3.通过观测器估算2路原边电流的大小,可得状态估计误差,即式(1)减去式(2)可得结合式(3)和(4)可得令H=[H1 H2 H3 H4]T,则可选取合适的H1,H2,H3和H4使观测器稳定且快速收敛.[12]计算得到电流残差的表达式为式中:r1和r2分别为第一、二路反激变换器原边电流估计值与实际值之间的残差;Lm1和Lm2为估计电流的有效值;v为正比例参数,可增加系统设计自由度,提高残差生成能力,使得其对故障更为灵敏,对干扰信号更具有鲁棒性.为准确检测电流传感器和功率管故障的发生,通过多组试验验证,选取2组阈值:一组为Jth1+=0.3,Jth1-=-0.3;另一组为Jth2+=0.8,Jth2-=-0.8.若<0.8,且<0.8,判断为反激变换器原边电流传感器发生故障.在此基础上,若0.3≤r1<0.8,且-0.8≤r2<-0.3,判断为第一路反激变换器原边电流传感器CS1发生故障;若-0.8≤r1<-0.3,0.3≤r2<0.8,判断为第二路反激变换器原边电流传感器CS2发生故障.若≥0.8,且≥0.8,判断为并网电流传感器或者功率管发生故障.在此基础上,若r1≥0.8,r2≥0.8,判断为输出并网电流传感器CS3发生故障;若r1≤-0.8,r2≥0.8,判断为第一路反激变换器功率管Spv1发生故障;若r1≥0.8,r2≤-0.8,判断为第二路反激变换器功率管Spv2发生故障.在MATLAB/SIMULINK中搭建仿真电路模型,仿真参数为:直流侧电压为36 V,交流侧电压为220 V,电网频率为50 Hz,高频变压器原边绕组与副边绕组的匝数比为1∶7,2路高频变压器原边励磁电感值分别为58 μH和57.5 μH,2个功率管开关频率均为56 kHz,系统运行额定功率为200 W.CS1故障仿真结果见图4.图中flag1为原边电流传感器故障标志位,flag2为并网电流传感器故障标志位,flag3为功率管开路故障标志位.当第一路反激变换器电流传感器CS1故障时,第一路反激变换器原边电流实际值变大,第一路残差r1大于阈值Jth1+=0.3,第二路反激变换器原边电流实际值变小,第二路残差r2小于阈值Jth1-=-0.3,故原边电流传感器标志位flag1置1,验证故障发生在第一路原边电流传感器.CS3故障仿真结果见图5.CS3发生故障时,两路反激变换器原边电流值均变大,第一路残差r1大于阈值Jth2+=0.8,第二路残差r2大于阈值Jth2+=0.8,此时并网电流传感器故障标志位flag 2置1,验证故障发生在并网电流传感器.Spv1开路故障仿真结果见图6.Spv1发生开路故障时,第一路反激变换器原边电流实际值变为零,第二路反激变换器原边电流实际值变为原来的2倍,第一路残差r1小于阈值Jth2-=-0.8,第二路残差r2大于阈值Jth2+=0.8,此时功率管开路故障标志位flag3置1,验证故障发生在第一路反激变换器功率管.针对不同位置的电流传感器和功率管故障状态下微逆变器的运行状态进行分析,提出一种基于状态观测器的故障诊断方法,利用观测器对两路变换器中电流大小进行估计,并与两路变换器实际电流值进行比较,根据生成的残差大小判断是否有故障发生,并通过设定阈值诊断故障发生的类型,定位故障发生点.该方法原理简单,能快速准确地诊断电流传感器故障和功率管开路故障,不受闭环控制策略的影响,性能可靠且具有良好的适应性.【相关文献】[1] KJAER SB, PEDERSEN JK, BLAABJERG F. 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Design of new fault diagnosis and fault tolerant control scheme for non-Gaussian singular stochastic distribution systems ∗
Lina Yao1) Jifeng Qin1) Hong Wang2) Bin Jiang3)
1) School of Electrical Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China; 2) Control Systems Centre, University of Manchester, Manchester M60 1QD, UK; 3) Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing, Jiangsu 210016, China.
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Introduction
Reliability and stability are of paramount importance for practical processes. Fault diagnosis and fault tolerant control theory have attracted considerable academic interests and as a result, a variety of techniques for FDD and FTC have been developed over the past two decades (see [1]-[9] for surveys). For stochastic systems, the so-far obtained FDD approaches can be classified as 1. The system identification technique [1]; 2. Observer or filter-based method [2]; 3. The statistic approach based on the Bayesian theorem, Monte Carlo approach, likehood method, and hypothesis test technique [8]. The first approach uses an ARMAX model to represent the system and apply parameter identification, such as least square algorithms or stochastic gradient approaches, to estimate the unexpected changes in the system. In the second method, the residual can be generated using observer or filter and the fault can be detected and estimated through the analysis and disposal of the residual. Furthermore, using the estimated fault information, the fault tolerant controller can be designed to guarantee the stability of the post-fault closed-loop system and maintain certain performances.