[发明专利]一种实时监测闭环控制系统及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种实时在线监测闭环控制系统及其工作方法。 

背景技术

苛刻环境(如应用在野外露天、矿井、空间等苛刻或危险环境的无人值守监测控制系统)下DC/DC电源失效频发，这些系统大多安装在飞机、车、船及各类武器系统中，其工作环境相当恶劣，不仅存在热应力、振动、冲击、电磁辐射等恶劣的应力环境，工作在航天器中的电子系统还存在总剂量辐射和单粒子事件等。在这些恶劣环境下工作的电子系统失效率比正常环境下高得多，近年来电子系统失效统计表明34％的电子系统失效都是由电源系统的失效引起的。致使国家战略安全和国民经济发展需求的电子系统(如卫星、航天器、舰船、高速列车、自然灾害的预警系统等)的可靠性受到严重威胁。DC/DC电源是带有闭环控制的高阶-离散-非线性-时变系统。DC/DC电源失效直接造成电子系统的失效，为此，电源失效的研究一直备受国内外的关注。传统的电源系统故障诊断是“事后救灾”处理；传统的电源系统使用寿命分析是依靠系统的失效率统计分析；传统的电源系统的健康状况管理是依靠别人或前人经验。例如，2006年11月，价值20亿元的中国“鑫诺二号”因电源故障而宣布失效；2006年底升空的日本技术试验卫星8号因通信设备电源故障而功能失效；2009年1月，印度空间研究组织耗时26个月为欧洲通讯卫星组织(ETL)研发的W2M通信卫星，在成功发射五周后因电源系统故障失效成为太空垃圾。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电子系统可靠性高的实时在线监测闭环控制系统。 

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：一种实时在线监测闭环控制系统，包括电源、功率变换器、输出滤波器、采样网络、比较器、PWM控制器和驱动器，所述功率变换器、输出滤波器、采样网络、比较器、PWM控制器和驱动器依次相连，所述电源包含输入端电源电压和输出端电源电压，所述功率变换器与输入端电源电压电性连接，所述输出端电源电压连接在输出滤波整流器与采样网络之间。 

作为优选，所述功率变换器设置有输入端和输出端，所述输入端连接输入端电源电压，所述输出端连接输出滤波器。 

本发明要解决的另一技术问题是提供一种电子系统可靠性高的实时在线监测闭环控制系统的工作方法。 

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：包括以下步骤： 

1)、建立电源关键器件劣化、故障造成电源系统失效的机理模型，并利用仿真技术，建立DC/DC电源的仿真模型，根据关键器件失效模式，改变关键器件的参数并注入仿真模型，验证所建关系的正确性； 

2)、研究电源失效特征状态可观性及可控性，直接采集DC/DC的可测的特征状态；若数据超过正常给定工作区间的阈值，可能发生故障，需应急处理；若超过正常阈值后还能缓慢退火恢复到正常态，可依愈合状态处理；若能可靠地测量到这些状态的时变率，可由拟合方法取得系统的劣化程度，计算剩余寿命； 

3)、将仿真模型验证平台放置于高精度可控温箱中，在不同热应力作用下，将不同老化程度的关键器件注入航空电源中，实时采集直接监测和δ函数激励响应数据，分别做出相应的处理，分析、判断和决策，对故障预报、劣化监测和愈合记录分析的可信度进行评估。 

作为优选，所述电源关键器件为电解电容和MOSFET。 

本发明实时在线监控闭环控制系统的有益效果是：应用闭环传递函数实测结果，建立关键器件失效与电源失效的动态模型，电源失效的在线闭环测试方式实现了电源故障实时预报和劣化在线可测，提供电源故障、劣化和愈合测试、判断、处理、评估方法，并提供相应的决策，电子系统的可靠性升高。 

附图说明

图1为本发明实时在线监控闭环控制系统的电路方框图； 

图2为本发明实时在线监控闭环控制系统的DC/DC电源系统框图； 

图3为本发明实时在线监控闭环控制系统的输出电压频谱示意图。 

具体实施方式

请参阅图1至图3所示，本发明采用如下技术方案：一种实时在线监测闭环控制系统，包括电源、功率变换器、输出滤波器、采样网络、比较器、PWM控制器和驱动器，所述功率变换器、输出滤波器、采样网络、比较器、PWM控制器和驱动器依次相连，所述电源包含输入端电源电压和输出端电源电压，所述功率变换器与输入端电源电压电性连接，所述输出端电源电压连接在输出滤波整流器与采样网络之间。 

所述功率变换器设置有输入端和输出端，所述输入端连接输入端电源电压，所述输出端连接输出滤波器。