[发明专利]一种变工况下Buck-Boost电路故障特征提取方法

摘要

本发明公开了一种变工况下Buck‑Boost电路故障特征提取方法，首先，获取Buck‑Boost电路的两种频域特性，其次，获取电路状态监测信号，利用离散二进小波变换得到电路频域响应幅频特性，基于获得的幅频特性，利用猫群算法辨识各元器件参数，并以电路元器件参数值作为故障特征参数，本发明中的方法不涉及外部参数，从而能够实现变工况下buck‑boost电路故障特征的提取。

主权项

1.一种变工况下Buck‑Boost电路故障特征提取方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取Buck‑Boost电路的两种频域特性，具体步骤为：首先，根据连续导通(CCM)模式下的理想开关变换器统一电路模型构建Buck‑Boost电路的输出对输入的传递函数Gvg(s)和输出对控制的传递函数Gvd(s)，即:其中,为输出电压，为输入电压，为扰动控制量，小写字母上面加^表示小信号分量，D和D′为变比为1:M(D)的理想变压器中M(D)的值，V表示输出电压稳态值，R表示电阻值，L表示电感值，C表示电容值；然后，将s＝jw分别代入式(1)和式(2)得到电路的两种频域特性：(2)通过监测CCM模式下的Buck‑Boost电路的输出电压输入电压控制扰动量状态信号时域波形，对所采集的三种信号进行小波变换获取三种信号的频谱，进而获取输出对输入的幅频特性|G_vg(jw)|，以及输出对控制的幅频特性|G_vd(jw)|，其中|·|表示取幅值；(3)电路中主要元器件为电感,电容和电阻，基于步骤(2)测试获取的两种幅频特性，利用猫群算法辨识各元器件参数，分别获取电路两种幅频特性下对应的各元器件参数值，记为(Lvg,Cvg,Rvg)，(Lvd,Cvd,Rvd)，其具体步骤为：(1.3.1)设定算法分组率λ，基因改变域SRD，记忆池SMP＝j，j为记忆池的容量，每只猫的初始三维位置(lvg,cvg,rvg)，猫群数量β，终止迭代数ζ，适应度误差θ，根据分组率λ随机地将数量为β的猫群分为搜寻模式和跟踪模式并进行标记，搜寻模式的猫标记为0，而跟踪模式标记为1，在搜寻模式下，每只猫对自身位置(lvg,cvg,rvg)复制若干份放入记忆池SMP中，对记忆池中的每个个体副本随机地加上或者减去SRD％，改变域由百分率表示，并用更新后的位置(lv′g,cv′g,rv′g)代替原来的位置；选择式(3)作为适应度函数，而实际测量得到的|Gvg(jw)|作为理想适应度值，即对应的优化目标最佳值，并依此计算更新后的每个副本的适应度值，通过计算个体适应度值与最优适应度值之间的误差θ大小来判断个体的适应度优劣，选择适应度最好的副本的位置来替换当前位置，完成猫的位置更新；(1.3.2)接下来进入跟踪模式，在跟踪模式下，根据公式(5)vi,z(t+1)＝vi,z(t)+r*c*(Xbest,z(t)‑xi,z(t))..................(5)来更新猫自身的速度，其中,z＝1,2,3表示维数，vi,z(t+1)表示更新后第i只猫在第z维的速度值，i表示猫群数量β中的一只，Xbes,tz(t)表示猫群中当前具有最好适应度值的猫的位置,xi,z(t)指当前第i只猫在第z维的位置，c*是个常量，r*是一个[0,1]之间的随机值；判断每一维的速度变化是否都在SRD内，如果每一维改变后的值超过了SRD的限制范围，则将其设定为给定的边界值，根据公式(6)xi,z(t+1)＝xi,z(t)+vi,z(t+1)...........................(6)利用更新后的速度来更新猫的位置，其中，z＝1,2,3表示维数，式中xi,z(t+1)表示第i只猫更新后的位置；(1.3.3)当猫完成搜寻模式和跟踪模式后，根据适应度函数计算它们的适应度并保留当前群体中最好的三维位置，再根据结合率MR更新群体，MR表示执行跟踪模式下的猫的数量在整个猫群中所占的比例，以终止迭代数ζ、适应度误差θ作为算法结束条件，满足则结束算法，否则，继续进行迭代，转向适应度计算；算法结束后得到的最优位置(Lvg,Cvg,Rvg)即为电路待辨识元器件参数值；(1.3.4)同理用式(4)作为适应度函数，应用上述猫群算法得到另外一个最优解(Lvd,Cvd,Rvd)；(4)将步骤(3)得到的两组元器件参数值(Lvg,Cvg,Rvg)，(Lvd,Cvd,Rvd)加权平均，得到电路最终的各元器件参数值(L,C,R)，并以电路元器件参数值(L,C,R)作为电路的故障特征参数，从而实现变工况下Buck‑Boost电路故障特征提取。