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高频电源故障检测及嵌入式平台设计

作　者: 张静
导　师: 姜斌
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 高频电源故障检测自适应主元分析相似度匹配 ARM嵌入式系统 Linux操作系统
分类号: TN86
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

高频电源以其体积小、效率高、功耗低的特点逐步取代工频电源应用到静电除尘器中，效力于节能减排工作。但是，由于高频电源电路集成度、复杂度高，使其在运行过程中由一个小的故障而引发灾难性的事故，因此，能够在故障发生早期检测出来并作相应处理是保证系统安全、高效运行的必要条件。本文针对高频电源故障提出两种故障检测方法：其一，基于自适应PCA的高频电源故障检测方法。在分析高频电源相关参数——母线电压、高频高压变压器相电流、原边谐振电流、副边电流以及副边电压的基础上，考虑到这些参数的变化以及各参数相互之间的影响，基于传统主元分析理论，提出了自适应PCA的故障检测新方法。首先，建立正常工况下的历史数据矩阵，对实时采集的无故障数据进行相似度计算，决定模型的局部更新，结合历史数据和更新数据进行协方差矩阵的权重分配，采用改进的迭代算法建立新的主元模型，最后使用SPE和T2结合的统计量进行实时故障检测。其二，基于相似度匹配的故障检测算法。选取高频电源原边谐振电流为研究变量，对具有噪声的波形进行均值滤波，结合灰度投影算法粗匹配和混合相似度精匹配来判断待测波形是否与库波形匹配成功，若成功则表示无故障，反之，则表示故障发生，作报警处理。最后，在MATLAB中对上述两种方法进行了仿真，验证了方法的可行性和正确性。进一步，为验证所提方法的实际工程应用性，将上述提出的基于自适应PCA的故障检测方法在嵌入式平台上进行实时仿真验证，平台采用基于Linux的ARM嵌入式系统。首先，对实验平台的硬件部分进行设计及搭建，并在硬件基础上配置了相关的软件开发环境，完成蜂鸣器的驱动程序编写，开发相应的上位机和下位机应用程序。最后，在所搭建的平台上，对现场采集的数据进行模拟的实时故障检测实验。实验结果表明，本文所提出方法具有一定的工程应用性，设计的ARM嵌入式平台具备良好的故障检测能力和人机交互性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章绪论  12-23
  1.1 研究背景与意义  12-13
  1.2 故障检测与诊断技术  13-14
  1.3 高频电源简介  14-18
    1.3.1 高频电源发展现状  14-16
    1.3.2 高频电源故障分析  16-18
    1.3.3 高频电源故障检测的研究现状  18
  1.4 嵌入式系统基础  18-21
    1.4.1 嵌入式系统硬件基础  19-20
    1.4.2 嵌入式操作系统  20-21
  1.5 本文研究内容及主要工作  21-23
第二章基于自适应 PCA 的故障检测  23-33
  2.1 自适应 PCA 方法  23-26
    2.1.1 传统 PCA 原理  23-24
    2.1.2 自适应 PCA 分析  24-25
    2.1.3 数据局部更新  25-26
  2.2 自适应 PCA 故障检测  26-28
  2.3 仿真实验  28-32
    2.3.1 算法流程  28-29
    2.3.2 实验结果  29-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章基于相似度匹配的故障检测  33-41
  3.1 相似度匹配方法  33-35
    3.1.1 数据预处理  33
    3.1.2 灰度投影匹配  33-34
    3.1.3 混合相似度波形匹配  34-35
  3.2 相似度匹配故障检测  35-36
  3.3 仿真实验  36-40
    3.3.1 算法流程  36-37
    3.3.2 实验结果  37-40
  3.4 本章小结  40-41
第四章 ARM 嵌入式硬件平台构建  41-48
  4.1 ARM 平台总体设计  41-42
    4.1.1 嵌入式 ARM 系统  41
    4.1.2 嵌入式 ARM 系统开发流程  41-42
    4.1.3 硬件平台总体设计  42
  4.2 硬件模块设计  42-47
    4.2.1 S3C2440A 处理器  42-44
    4.2.2 电源模块  44
    4.2.3 串口及 USB 模块  44-45
    4.2.4 JTAG 接口模块  45-46
    4.2.5 网络模块  46
    4.2.6 蜂鸣器模块  46-47
  4.3 本章小结  47-48
第五章嵌入式故障检测系统设计  48-66
  5.1 Linux 嵌入式系统  48-49
  5.2 ARM 嵌入式开发环境搭建  49-54
    5.2.1 Linux 下开发环境搭建  49-51
    5.2.2 嵌入式 ARM 系统软件配置  51-54
  5.3 报警模块驱动程序开发  54-56
  5.4 故障检测应用程序开发  56-62
    5.4.1 Qt 界面编程  56-58
    5.4.2 ARM 故障检测编程  58-62
  5.5 实验结果  62-65
  5.6 本章小结  65-66
第六章总结与展望  66-68
  6.1 总结  66-67
  6.2 展望  67-68
参考文献  68-73
致谢  73-74
在学期间的研究成果及发表的学术论文  74

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