《苛刻環境高可靠電子系統的電源健康狀況預測機制研究》是依託首都師範大學，由關永擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：苛刻環境高可靠電子系統的電源健康狀況預測機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：關永
- 依託單位：首都師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
苛刻環境高可靠嵌入式系統蘊藏著巨大的潛在套用價值，而電子系統中34%的故障都是由電源系統的故障所造成，因此，電源健康狀況預測機制與算法已成為眾多套用的核心支撐技術。為了提高嵌入式系統在惡劣環境中的可靠性、可用性和可維護性，本研究擬通過對電源系統的FFP特徵，DFP特徵和癒合（緩解）特徵進行分析，構建苛刻環境電源系統的故障、劣化與癒合模型；根據對電源系統特徵參數和關鍵狀態及其時變率進行瞬時的線上實時監控，捕獲系統健康狀態的特徵信息，從而預測電源系統故障和剩餘使用壽命，從根本上解決過去傳統方法中依靠統計方法而採取的定時維修或事後維修所帶來的災難性事故等諸多問題。最後，我們將集成階段性研究成果，設計、建立電源系統健康狀況預測機制與測試實驗平台，並對故障和剩餘壽命預測機制與算法的性能進行實驗分析與評價。
結題摘要
苛刻環境高可靠電子系統的電源健康狀態預測機制研究是一個嶄新的領域，為了提高系統在惡劣環境中的可靠性、可用性和可維護性。本項目1、基於動力學平衡點理論,分析了周期切換分段電路在不同穩定態時系統周期切換的分岔特性, 並揭示了其產生機理。2、採用開關元件平均模型法，構建了基本拓撲結構電源的等效電路，分析了穩態及動態特性。3、基於傳遞函式和系統零極點的理論推導了電源失效關鍵器件（濾波電容和MOSFET）劣化失效對電源健康狀況的影響，建立了失效參數與可測特徵量的映射關係。4、針對電容劣化僅考慮等效串聯電阻或容量的不足，提出了電容劣化聯合模型，從理論建立了電容劣化過程中電容量和等效串聯ESR的函式關係。5、提出一種基於改進EMD和Hilbert變換的容等效串聯電阻ESR值實時估測方法。6、基於系統幅頻特性與濾波電容劣化關係，提出了一種通過黑箱測試獲取電源系統的振幅-頻率特性及相位頻率特性從而確定ESR測量方法。7、基於混雜系統理論構建電源模型,提出了功率模組劣化參數遞推最小二乘法和卡爾曼濾波算法的線上辨識方法。8、利用劣MOSFET劣化時，源極震盪信號發生變化的特徵，提出了一種線上實時方法預測MOSFET的老化狀態方法。9、提出電源功率模組劣化狀態線上判斷方法，利用功率模組的驅動信號為非侵入激勵，輸出信號進行Volterra變換，將時域核值與預定的正常值進行比較，判斷功率模組的劣化狀態。10、提出一種電源剩餘使用壽命(RUL)預測算法。以紋波電壓為特徵參數，線上實時獲取特徵信號，預測紋波電壓的變化率達到預警點時間，即電源剩餘使用壽命。11、提出了一種DC-DC電源系統故障監測與預測方法，基於電源系統輸出電壓的監測和分析，給出了電源系統出現故障時和將要出現故障時的判定標準，並開發了相應的軟體。12、針對電源故障特徵參數採集過程中，採集數據缺失的現象，提出了一種新的基於差異性和非差異度的擴充模型。為了進一步提高補齊後的識別率，結合屬性重要度和灰色關聯度，提出了一種新的數據補齊方法。同時，還提出了一種新的判斷數據補齊性能的評價標準。13、構建了電源系統健康狀況預測與測試實驗平台，實現了電源系統故障和剩餘壽命的實時監測和健康管理。14、深入分析超級電容失效模型及機理，設計並實現了超級電容組劣化動態監測器及模組狀態線上診斷系統，實現了實現了超級電容模組健康狀態線上測試。
