Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет України

"Київський політехнічний інститут"

УДК 621.3.3.037.37

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Діагностика напівпровідникових перетворювачів із застосуванням вейвлет-функцій m-ічного аргументу

Спеціальність 05.09.12 - Напівпровідникові перетворювачі електроенергії

Хижняк Тетяна Андріївна

Київ 2008

Загальна характеристика роботи

напівпровідниковий перетворювач вейвлет функція

Актуальність теми. Зростаючі вимоги до надійності та безвідмовності роботи напівпровідникових перетворювачів електричної енергії обумовлюють необхідність їх діагностики в процесі функціонування. Напівпровідникові перетворювачі як об'єкти діагностування характеризуються великою різноманітністю схемних рішень та алгоритмів функціонування, взаємною залежністю умов функціонування елементів, що входять до їх складу, та високими порядками систем рівнянь, що описують процеси в них. Поява несправності або зміна параметрів елементів перетворювача призводить до зміни форм часових залежностей його струмів та напруг, що дозволяє розглядати їх як діагностичні показники. Однією з умов підвищення надійності функціонування напівпровідникових перетворювачів є виявлення поступових відмов елементів, обумовлених зміною їх параметрів.

При виконанні діагностики важливим є вибір математичного апарату, що застосовується при визначенні причини та типу несправності. Одним з перспективних математичних підходів, застосування якого є доцільним для побудови алгоритмів діагностики, є дискретне вейвлет-перетворення, яке дозволяє здійснювати аналіз сигналів у часовій та частотній областях одночасно. З метою спрощення аналізу бажано для кожного конкретного сигналу обирати найбільш подібну до нього вейвлетоутворюючу функцію. Існуючі вейвлет-перетворення оперують з базисними функціями, що відповідають двом фільтрам - високої і низької частоти. Збільшити обсяг інформації про сигнали шляхом збільшення кількості фільтрів та розширити можливості вибору вейвлетів з одночасним зниженням обсягу обчислень порівняно з комплексними вейвлетами дозволяє вейвлет-перетворення на базі дійсних функцій m-ічного аргументу.

Таким чином, задача розробки нових підходів до діагностування, які не залежать від порядку схеми напівпровідникових перетворювачів, орієнтовані на виявлення поступових відмов елементів перетворювачів та засновані на застосуванні дискретних вейвлет-перетворень функцій дійсного m-ічного аргументу, є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в Національному технічному університеті України “Київський політехнічний інститут” в рамках програми Міністерства освіти і науки України, напрямок 04 “Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології” НДР “Розробка математичних основ алгоритмів мікропроцесорного керування силовими перетворювачами в автономних системах електроживлення”, № ДР 0102U002214, згідно Державної науково-технічної програми „Ресурс”, затвердженої постановою Кабінету Міністрів України від 8 жовтня 2004 року №1331, НДР „Розробка систем та алгоритмів неруйнівної діагностики технічного стану електротехнічних об`єктів”, № ДР 0106U000097, „Розробка сучасних методологічних підходів та пакету прикладних програм для визначення допустимих рівнів завад у енергетично-інформаційних мережах низької напруги з метою підвищення ресурсу, надійності і технологічної безпеки промислових об'єктів”, № ДР 0107U006830, за напрямом „Новітні технології та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та агропромисловому комплексі” НДР „Наукові основи діагностики та ресурсозберігаючого керування електротехнічними об`єктами на базі нових вейвлетів”, № ДР 0106U004067, „Розробка апаратно-програмного комплексу для відновлювання принципової електричної схеми багатошарових плат, що знаходяться під напругою”, № ДР 0107U002735. У зазначених науково-дослідних роботах автором зроблено обґрунтування задачі дослідження та розроблені теоретичні основи діагностики за вейвлет-спектрами.

Мета і задачі наукового дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка нових підходів до діагностування напівпровідникових перетворювачів на основі вейвлет-спектрів часових залежностей їх струмів та напруг для попередження поступових відмов та визначення причин раптових відмов.

Поставлена мета потребує вирішення наступних задач:

– аналіз особливостей напівпровідникових перетворювачів як об'єктів діагностування та існуючих методів опрацювання діагностичних даних;

– розробка алгоритмів дискретного вейвлет аналізу часових залежностей струмів та напруг перетворювачів із застосуванням функцій m-ічного аргументу;

– дослідження залежності коефіцієнтів вейвлет-спектрів від форми часових залежностей струмів і напруг перетворювачів та параметрів їх елементів;

– розробка способів діагностування та класифікації станів перетворювачів за вейвлет-спектрами струмів та напруг;

– розробка мікропроцесорних систем діагностики напівпровідникових перетворювачів.

Об'єкт дослідження - процес діагностування напівпровідникових перетворювачах на основі часових залежностей струмів та напруг.

Предмет дослідження - особливості діагностування напівпровідникових перетворювачів із застосуванням вейвлет-перетворення з функціями m-ічного аргументу.

Методи дослідження - при розв'язанні поставлених в дисертаційній роботі задач використовувались методи математичного моделювання, теоретичні положення кратномасштабного аналізу, математичний апарат дискретних спектральних перетворень на кінцевих інтервалах та дискретних вейвлет-перетворень, теорія класифікаційного розподілу об'єктів, принципи побудови узгоджених фільтрів. Основними інструментами дослідження є: пакети прикладних програм Matlab 7, MathCAD 13, а також пакет розгалуження математичної системи Matlab - Simulink 4.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

– знайшов подальший розвиток математичний апарат вейвлет аналізу завдяки застосуванню нового базису дискретних функцій m-ічного аргументу, що дозволило збільшити обсяг інформації про сигнали, які аналізуються, без збільшення обсягу обчислень порівняно з дискретними вейвлет-перетвореннями Хаара та Добеші;

– розроблено новий підхід до діагностування напівпровідникових перетворювачів, заснований на спільному застосуванні теорії класифікації та вейвлет аналізу, що дозволив визначати ступінь наближення поточного стану перетворювача до аварійних станів;

– вперше запропоновано використання для вирішення задач технічної діагностики узгоджених фільтрів з кінцевими імпульсними характеристиками у вигляді вейвлет-функцій m-ічного аргументу, що дозволило порівняно з існуючими методами зменшити кількість параметрів, за якими виконується діагностування.

Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що наукові положення доведені до ступеню, придатного для практичного застосування при розробці мікропроцесорних систем діагностування, орієнтованих на виявлення поступових відмов елементів напівпровідникових перетворювачів та передбачення виникнення аварійних ситуацій, обумовлених ними. Модифікація алгоритму побудови дискретних вейвлет-перетворень функцій m-ічного аргументу дозволила уникнути операцій періодизації та доповнення нулями у випадку некратності інтервалу визначення функції-оригіналу числу 2, тим самим спрощуючи процес обчислення спектру. Застосування узгоджених фільтрів для ідентифікації стану перетворювачів дозволяє визначати їх стан за окремими вейвлет-коефіцієнтами, що прискорює процес діагностування.

Результати роботи впроваджені в лабораторній дослідній установці на кафедрі промислової електроніки НТУ України “КПІ”; положення дисертаційної роботи застосовані при побудові мікропроцесорної системи діагностики широтно-імпульсного перетворювача на державному підприємстві „Науково-дослідний інститут „ХЕМЗ”; теоретичні і практичні результати, отримані в дисертаційні роботі, увійшли до монографії „Спектральные преобразования с m-ичным аргументом: теория и применения”, яка рекомендована до використання в навчальному процесі. Результати роботи використовуються також при викладанні навчальної дисципліни “Спеціалізовані та промислові мікропроцесорні системи” на кафедрі промислової електроніки НТУ України “КПІ”.

Особистий внесок автора. Автор самостійно розробив алгоритми аналізу часових залежностей струмів та напруг напівпровідникових перетворювачів за допомогою вейвлет-перетворення на базі функцій m-ічного аргументу; адаптував алгоритм класифікації об'єктів для випадку роботи з вейвлет-спектрами струмів та напруг напівпровідникових перетворювачів; за результатами аналізу впливу форми часових залежностей струмів та напруг напівпровідникових перетворювачів на коефіцієнти вейвлет-спектрів запропонував застосування математичного апарату узгоджених фільтрів в процесі діагностування; розробив структуру блоків діагностування мікропроцесорних систем керування автономного інвертора напруги та квазірезонансного перетворювача.

Роботи [3, 5, 12, 13] написані особисто; в працях, опублікованих у співавторстві, дисертанту належить: в [1] - порівняння спектральних перетворень за кількістю математичних операцій; в [2] - розробка математичного апарату СКІ-вейвлет перетворення з компактним носієм змінної структури; в [4, 6] - виконання вейвлет аналізу часових залежностей автономного інвертора струму та розрахунок різницевих спектрів; в [7, 8, 11] - алгоритм побудови СКІ-вейвлет перетворення на базі функцій СКІ-перетворення та узагальненого СКІ-перетворення; в [9] - запропонований спосіб практичного застосування розроблених вейвлет-перетворень для аналізу стану напівпровідникових перетворювачів; в [10] - розробка СКІ-вейвлет перетворення з компактним носієм постійної структури; в [14] - визначення допустимих меж зміни параметрів елементів резонансного контуру квазірезонансного перетворювача; в [15] - методика визначення параметрів елементів перетворювача за коефіцієнтами вейвлет-спектрів.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідалися на семінарах наукової ради НАН України з комплексної проблеми “Наукові основи електроенергетики” секція „Перетворення параметрів електричної енергії” (м. Київ, квітень, листопад 2004р., квітень, листопад 2005р., травень, листопад 2006р., травень 2007р.), на Міжнародній науково-технічній конференції “Силова електроніка та енергоефективність” (м. Алушта, 2004, 2007 рр.), Міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми сучасної електротехніки” (м. Київ, 2004, 2006 рр.), XXVII Міжнародній науково-технічній конференції „Проблеми електроніки” (м. Київ, 2007 р.), Міжнародній конференції “Енергетична безпека Європи ХХІ століття. Євразійські енергетичні коридори” (м. Київ, 2007 р.).

Публікація результатів наукових досліджень. По темі дисертації опубліковано 15 робіт, в тому числі 11 статей у фахових наукових виданнях (з них 4 самостійно).

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, шести розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг роботи складає 240 сторінок, у тому числі 139 сторінок основного тексту, 52 рисунки, 33 таблиці, список використаних джерел зі 140 найменувань і 9 додатків.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовані мета і задачі наукового дослідження, наведено зв'язок роботи з державними пріоритетними напрямками та бюджетними темами, викладено наукову новизну і практичне значення результатів досліджень, визначено особистий внесок здобувача, наведені дані про апробацію результатів роботи, публікації та впровадження.

У першому розділі розглянуто особливості напівпровідникових перетворювачів як об'єктів діагностування, можливі несправності, що виникають в них, та причини їх виникнення, проаналізовано вплив стану перетворювачів на вигляд часових залежностей їх струмів і напруг, виконано огляд основних типів діагностичних систем та методів діагностування, в тому числі заснованих на використанні спектральних представлень струмів та напруг перетворювачів, проаналізовано переваги та недоліки існуючих спектральних методів перетворення сигналів.

Поставлено задачу розробки нових підходів до діагностування напівпровідникових перетворювачів на базі вейвлет-спектрів часових залежностей їх струмів та напруг із застосуванням функцій m-ічного аргументу симетричного перетворення на кінцевих інтервалах (СКІ), теорії класифікаційного розподілу об'єктів та математичного апарату узгоджених фільтрів.

У другому розділі запропоновано два підходи до побудови дискретного вейвлет-перетворення на базі функцій СКІ-перетворення, розроблено алгоритми формування базису вейвлет-перетворень та розрахунку спектральних коефіцієнтів, виконано порівняльний аналіз розроблених перетворень з існуючими спектральними перетвореннями.

Базис СКІ-вейвлет перетворення з компактним носієм змінної структури (СКІ-ВП ЗС) формується з множини функцій узагальненого СКІ-перетворення, розрахованих для інтервалів

де K - кількість дискретних відліків функції-оригіналу. З отриманої множини для кожного значення N обирається по одній функції, які формують базис.

Масштабування вейвлетів при побудові СКІ-ВП ЗС виконується шляхом поступового збільшення інтервалу визначення базисних функцій від N=1 до N=K. Як скейлінг-функція в даному перетворенні розглядається базисна функція, визначена на інтервалі N=1.

Зсув вейвлет-базисних функцій СКІ-ВП ЗС здійснюється за правилами циклічного зсуву і представляється у вигляді матриць вейвлет-базисних функцій, що формуються або однією вейвлет-базисною функцією, зсунутою на інтервали або всіма функціями базису, зсунутими на однаковий інтервал.

В основу СКІ-вейвлет перетворення з компактним носієм постійної структури (СКІ-ВП ПС) покладено традиційний алгоритм кратномасштабного аналізу (алгоритм Малла), модифікований для випадку застосування N базисних функцій m-ічного аргументу.

Повний базис функцій вейвлет-перетворення формується масштабованими та зміщеними скейлінг-функцією та „материнськими вейвлетами”

:

де ; j - рівень розкладання або масштаб; k - інтервал розгляду, .

В СКІ-ВП ПС використовується N базисних функцій СКІ-перетворення, і результат розкладання представляється у вигляді N груп коефіцієнтів. Серед них коефіцієнти усереднення характеризують середнє значення функції-оригіналу, а коефіцієнти деталізації - її високочастотні складові. Наявність різних типів коефіцієнтів сприяє кращій локалізації характерних особливостей функцій-оригіналів, що аналізуються.

Співвідношення для прямого вейвлет-перетворення записуються наступним чином:

де S_j - вектор-колонка середніх значень функції-оригіналу на j-му масштабі:

.

Для максимального масштабу j=n розраховуються лише коефіцієнти усереднення , де f(x/K) - значення функції-оригіналу в точці х на інтервалі визначення . На останньому рівні j=0 існує один інтервал k=0, що об'єднує всі відліки функції-оригіналу. При цьому функція-оригінал через коефіцієнти розкладання записується наступним чином:

В силу ортогональності СКІ функцій можлива побудова як прямого, так і зворотного вейвлет-перетворення на їх базі.

Зворотне СКІ-ВП ПС записується наступним чином:

де D - вектор-колонка вейвлет-коефіцієнтів на (j-1)-му рівні розкладання:

.

Порівняння розроблених вейвлет-перетворень СКІ-ВП ЗС та СКІ-ВП ПС показало, що СКІ-ВП ЗС доцільно застосовувати з метою виявлення та часової локалізації ділянок, на яких форма функції-оригіналу співпадає з базисними функціями перетворення. Наявність K різних за формою вейвлетів дозволяє ефективно реалізувати узгоджені фільтри на їх базі. Перевагою СКІ-ВП ПС є ітераційний алгоритм аналізу та краща часова і частотна локалізація особливостей функцій-оригіналів. Тому дане перетворення застосовується при необхідності аналізу функцій, представлених великою кількістю дискретних відліків, та розділення складових, що характеризуються різними частотами.

Порівняно з традиційним вейвлет-перетворенням Хаара СКІ-ВП ПС дозволяє в (N-1) разів збільшити об'єм даних про високочастотні складові функції-оригіналу за рахунок більшої кількості типів коефіцієнтів деталізації, та в 1.5 рази зменшити кількість ітерацій при сумірних довжинах інтервалів визначення функцій-оригіналів.

У третьому розділі виконано моделювання трифазного інвертора, веденого мережею, квазірезонансного перетворювача з комутацією в нулі струму та широтно-імпульсного перетворювача при зміні параметрів їх елементів, досліджено вплив параметрів елементів перетворювачів на вигляд часових залежностей струмів та напруг та на режим роботи перетворювачів. Дослідження режимів роботи перетворювачів здійснювалося за допомогою моделей, реалізованих в пакеті розгалуження математичної системи MATLAB 7.0 - Simulink 4. Результати моделювання показали, що зміна параметрів елементів трифазного інвертора, веденого мережею, призводить до зміни форми та амплітуди фазного струму, що дозволяє розглядати дану часову залежність як діагностичний показник.

Дослідження процесів в квазірезонансному перетворювачі показало суттєвий вплив параметрів елементів резонансного контуру L_k-C_k на умови існування усталеного процесу в перетворювачі. При виході параметрів за допустимі межі мкГн та мкФ в перетворювачі відсутні інтервали усталеної роботи і часові залежності вихідної напруги перетворювача втрачають періодичний характер.

Моделювання широтно-імпульсного перетворювача сприяло створенню бази даних часових залежностей вхідного струму, струму та напруги навантаження, яка є основою для виконання класифікації станів перетворювача залежно від значень параметрів його елементів.

У четвертому розділі розроблено алгоритм класифікації станів напівпровідникових перетворювачів за коефіцієнтами вейвлет-спектрів часових залежностей їх струмів та напруг у випадку застосування СКІ-ВП ЗС та СКІ-ВП ПС, продемонстровано практичне застосування розробленого алгоритму для діагностування автономного інвертора струму (АІС) та можливості попередньої ідентифікації стану перетворювачів за різницевими вейвлет-коефіцієнтами.

Алгоритм класифікації містить сім етапів.

Етап 1. Розрахунок для кожного стану вейвлет-спектрів струмів і напруг перетворювача із застосуванням СКІ-ВП ЗС:

. (1)

Етап 2. Розбиття діапазону значень вейвлет-коефіцієнтів на V піддіапазонів, присвоєння кожному з них порядкового номеру і заміна значень елементів матриці (1) номерами відповідних піддіапазонів. Результатом є модифіковані матриці вейвлет-коефіцієнтів:

, де , .

Етап 3. Здійснення вибірки в матрицях вейвлет-коефіцієнтів, що відповідають одному значенню ф, та формування класифікаційної таблиці, що містить K блоків виду табл.1:

Таблиця 1

		Інтервал визначення вейвлет-базисної функції
Інтервал зсуву	Номер стану, z	N=1	2	..	K
ф =const	1			...
	...	...	...	...	...
	L			...

Етап 4. Формування матриць номінальних ознак:

,

,

- елементи модифікованих матриць вейвлет-коефіцієнтів для z=і та z=j станів перетворювача.

Етап 5. Розрахунок матриць зв'язку розмірністю для :

,

елементи яких визначають міру зв'язку станів і та

j .

Етап 6. Розрахунок узагальненої матриці зв'язку А_У та класифікація станів напівпровідникового перетворювача:

, .

Задаючись граничними значеннями коефіцієнтів , виконують розподіл відомих станів перетворювача за класами. При цьому чим більшим є значення коефіцієнту , тим більш подібними є відповідні стани і та j.

Етап 7. Ідентифікація поточного (L+1)-го стану перетворювача із застосуванням результатів класифікації, отриманих на етапах 1-6.

У випадку застосування СКІ-ВП ПС послідовність кроків в алгоритмі класифікації станів залишається незмінною, змінюються лише ознаки, за якими вона виконується - класифікація здійснюється окремо за кожним типом коефіцієнтів.

Різницевий вейвлет-спектр розраховується як різниця еталонного та поточного вейвлет-спектрів. У випадку виникнення короткочасних спотворень форми часової залежності у різницевому спектрі з'являються ненульові коефіцієнти, кількість яких зростає при зміні стану перетворювача, наприклад, у випадку пробою конденсаторної батареї АІС.

Для квазірезонансного перетворювача максимальне значення різницевих вейвлет-крефіцієнтів становить 8.8, а при виникненні квазіхаотичних процесів - 27.5, тобто зростає більш, ніж в 3 рази. Таким чином, різницеві вейвлет-спектри забезпечують попередню ідентифікацію стану перетворювача на рівні „аварійний/неаварійний”.

У п'ятому розділі розглянуто діагностування напівпровідникових перетворювачів із застосуванням узгоджених фільтрів на прикладі часових залежностей трифазного інвертора, веденого мережею, та автономного інвертора струму.

Узгоджені фільтри застосовуються у випадку наявності в часовій залежності струму чи напруги перетворювача ділянок, на яких їх форма співпадає з формою базисних функцій СКІ-ВП ПС.

При цьому у вейвлет-спектрі присутні чітко виражені локальні максимуми:

.

При зміні форми часової залежності, наприклад, в результаті пробою тиристора (рис.6,б) у вейвлет-спектрів з'являються додаткові ненульові коефіцієнти:

.

Застосування узгоджених фільтрів можливе навіть при неповному співпаданні форми струмів та напруг з базисними функціями. Для часових залежностей фазного струму (рис. 7), отриманих при моделюванні трифазного інвертора (рис.3), розрахунок вейвлет-спектрів із застосуванням функцій зворотного перетворення в орієнтованому базисі (різновиду СКІ-перетворення) показав, що зміна індуктивності в колі джерела живлення призводить до появи додаткових ненульових коефіцієнтів деталізації.

Вейвлет-спектри записуються у вигляді

.

Для часової залежності, отриманої при L=1,5 Гн, ненульовими є лише вейвлет-коефіцієнти , що відповідають співпаданню її форми з базисною функцією на інтервалах l. Зміна індуктивності призводить до зменшення подібності часової залежності та базисної функції і до появи додаткових ненульових коефіцієнтів деталізації. При цьому вводиться коефіцієнт подібності а, який характеризує степінь зміни форми залежно від параметрів елементів перетворювача.

Узгоджені фільтри застосовуються як до часових залежностей струмів і напруг, що відповідають праце здатному стану перетворювача, так і для відстеження появи спотворень, характерних для певних несправностей.

У шостому розділі представлені системи діагностування автономного інвертора напруги, що входить до складу лабораторної установки для дослідження процесів в перетворювальних системах з нетрадиційними джерелами живлення, та квазірезонансного перетворювача, виконано діагностування даних перетворювачів із застосуванням теорії класифікації та різницевих вейвлет-спектрів.

Класифікація станів виконувалась для 32 станів широтно-імпульсного перетворювача з різними значеннями параметрів його елементів. За результатами класифікації визначено, що аварійними можна вважати стани, які характеризуються мірою подібності менше 110.

Ідентифікація поточного стану квазірезонансного перетворювача виконується на базі залежностей коефіцієнтів різницевих вейвлет-спектрів від параметрів елементів резонансного контуру та вихідного фільтру.

Висновки

У дисертаційній роботі розроблено нові підходи до діагностування напівпровідникових перетворювачів, засновані на спільному застосуванні вейвлет аналізу, теорії класифікаційного розподілу об'єктів та математичного апарату узгоджених фільтрів, орієнтовані на виявлення поступових відмов елементів та придатні до застосування в різних типах перетворювачів.

Основні результати дисертаційної роботи:

1. Аналіз особливостей напівпровідникових перетворювачів як об'єктів діагностування та існуючих методів діагностування показав доцільність використання як діагностичних показників часових залежностей струмів і напруг та виконання діагностики із залученням теорії класифікаційного розподілу об'єктів.

2. Розроблені алгоритми побудови дискретних вейвлет-перетворень на базі СКІ-функцій m-ічного аргументу дозволяють збільшити об'єм даних про процеси в перетворювачі порівняно з вейвлет-перетвореннями Хаара та Добеші за рахунок збільшення кількості фільтрів та зменшити кількість діагностичних параметрів шляхом побудови узгоджених фільтрів.

3. Розроблений алгоритм СКІ-вейвлет перетворення з компактним носієм постійної структури, порівняно з традиційним вейвлет-перетворення Хаара, дозволяє в (N-1) разів збільшити об'єм даних про високочастотні складові часових залежностей струмів та напруг напівпровідникових перетворювачів за рахунок більшої кількості фільтрів, та в 1.5 рази зменшити кількість ітерацій при сумірних довжинах інтервалів визначення часових залежностей.

4. Дослідження вейвлет-спектрів часових залежностей струмів та напруг, отриманих при моделюванні напівпровідникових перетворювачів, показало існування безпосереднього зв'язку між параметрами елементів перетворювачів та вейвлет-коефіцієнтами.

5. Побудовані залежності вейвлет-коефіцієнтів від параметрів елементів квазірезонансного перетворювача забезпечують ідентифікацію поточних значень параметрів елементів в процесі роботи перетворювача.

6. Адаптація положень теорії класифікаційного розподілу об'єктів для випадку застосування спектральних вейвлет-коефіцієнтів як класифікаційних ознак дозволила виконувати класифікацію станів напівпровідникових перетворювачів за результатами вейвлет аналізу їх струмів та напруг.

7. Розроблений спосіб діагностування шляхом розрахунку різницевих вейвлет-спектрів дозволив за отриманими вейвлет-коефіцієнтами судити про ступінь наближення параметрів елементів перетворювачів до гранично допустимих значень.

8. Застосування узгоджених фільтрів зменшує тривалість ідентифікації стану напівпровідникових перетворювачів та дозволяє виконувати діагностування за окремими вейвлет-коефіцієнтами.

9. Розроблені мікропроцесорні системи діагностування автономного інвертора напруги та квазірезонансного перетворювача дозволяють змінювати кількість каналів збору діагностичних даних, виконані у вигляді окремих плат та містять в своєму складі персональний комп'ютер з програмним забезпеченням, що реалізує розроблені в роботі алгоритми діагностування.

10. Розроблені способи діагностування практично застосовані для діагностики напівпровідникових перетворювачів, що працюють на частотах порядку одиниць кілогерц. Отримані результати співпадають з відомими результатами, отриманими іншими способами.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Петергеря Ю.С. Порівняльний аналіз спектральних перетворень / Ю.С. Петергеря, Ю.В.Хохлов, Т.А. Хижняк // Электроника и связь. - 2002. - №16. - С. 71-75.

2. Жуйков В.Я.СКІ-вейвлет-перетворення дискретних функцій / В.Я. Жуйков, Ю.С. Петергеря, Т.А. Хижняк // Технічна електродинаміка. - 2003. - Тем. вип. Силова електроніка та енергоефективність. - Ч.2. - С. 84-87.

3. Хижняк Т.А. Використання прямого та зворотнього СКІ-вейвлет-перетворення для аналізу дискретних функцій / Т.А. Хижняк // Электроника и связь. - 2003. - № 20. - С. 113-115.

4. Терещенко Т.А. Использование СКИ-вейвлет-преобразования для оценки режимов работы автономного инвертора тока / Т.А.Терещенко, Т.А. Хижняк // Технічна електродинаміка. - 2004. - Тем. вип. Проблеми сучасної електротехніки. - Ч.5. - C.68-71.

5. Хижняк Т.А. Застосування теорії класифікації для ідентифікації режимів роботи перетворювачів електричної енергії / Т.А. Хижняк // Технічна електродинаміка. - 2004. - Тем. вип. Силова електроніка та енергоефективність.- Ч.1.- С. 39-43.

6. Zhuikov V. Estimation of operating modes of the self-excited current inverter with use SFI-wavelet transformation / V. Zhuikov, T.Tereschenko, T. Khizhnyak // VII School - Conference Elektrotechnics Non-Sinusoidal Currents, EPN '04. -Zielona Gora, Poland.- 2004.

7. Жуйков В.Я. Побудова вейвлет-перетворення з використанням базисних функцій СКІ-перетворення / В.Я. Жуйков, Т.О.Терещенко, Т.А. Хижняк // Электроника и связь. - 2005. - №27. - С. 26-33.

8. Хижняк Т.А. Використання функцій узагальненого СКІ-перетворення в якості базису вейвлет - перетворення / Т.А. Хижняк, І.В. Хохлов // Технічна електродинаміка. - 2005. - Тем. вип. Силова електроніка та енергоефективність. - Ч.3. - С. 79-84.

9. Хижняк Т.А. Вейвлет-преобразование в задачах диагностики и распознавания изображений / В.Я. Жуйков, Т.А. Терещенко, Ю.С. Петергеря, Т.А. Хижняк, А.А. Гусев // Спектральные преобразования с m-ичным аргументом: теория и применения / В.Я. Жуйков, Т.А. Терещенко, Ю.С. Петергеря. - К.: Аверс, 2006. - Глава 12 - С. 270-287.

10. Хижняк Т.А. СКИ-вейвлет преобразование / В.Я. Жуйков, Т.А. Терещенко, Ю.С.Петергеря, Т.А. Хижняк, И.В. Хохлов // Спектральные преобразования с m-ичным аргументом: теория и применения / В.Я. Жуйков, Т.А. Терещенко, Ю.С. Петергеря. - К.: Аверс, 2006. - Глава 5 - С. 143-165.

11. Жуйков В.Я. Вейвлет-перетворення дискретних функцій з m базисними СКІ функціями / В.Я. Жуйков, Т.О. Терещенко, Т.А. Хижняк // Доповіді НАН України. - 2006. - №1. - С.99-101.

12. Хижняк Т.А. Диагностика вентильных преобразователей с использованием согласованных фильтров / Т.А. Хижняк // Технічна електродинаміка. - 2006. - Тем. вип. Проблеми сучасної електротехніки. - Ч.3. - C.91-96.

13. Хижняк Т.А. Определение параметров элементов полупроводниковых преобразователей по коэффициентам вейвлет-спектров / Т.А. Хижняк // Технічна електродинаміка. - 2006. - Тем. вип. Силова електроніка та енергоефективність. - Ч.3. - C.10-12.

14. Терещенко Т.О. Аналіз режимів роботи квазірезонансного перетворювача з комутацією при нульовому струмі / Т.О. Терещенко, Т.А. Хижняк, П.М. Пархоменко // Технічна електродинаміка. - 2007. - Тем. вип. Силова електроніка та енергоефективність. - Ч. 3. - C. 45-49.

15. Zhuikov V. Diagnostics of Converter State Using Wavelet Transformation / V.Zhuikov, T. Tereschenko, J. Petergerya, T. Khyzhnyak // IEEE Proceeding of 5^th International Conference 2007 Compatibility in Power Electronics Conference.- Gdynia, Poland, 29 May - 1 June. - 2007.

Анотація

Хижняк Т.А. Діагностика напівпровідникових перетворювачів із застосуванням вейвлет-функцій m-ічного агрументу. - Рукопис.

Дисеpтація на здобуття наукового ступеня кандидата технiчних наук за спецiальністю 05.09.12 - Напівпровідникові пеpетвоpювачi електpоенеpгiї. - Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”, Київ, 2007.

Дисертація присвячена розробці нових підходів до діагностування, які не залежать від порядку схеми напівпровідникових перетворювачів, орієнтовані на виявлення поступових відмов елементів перетворювачів та засновані на застосуванні дискретних вейвлет-перетворень функцій дійсного m-ічного аргументу.

Розроблено алгоритм побудови дискретних вейвлет-перетворень із застосуванням базисних функцій m-ічного аргументу, що дозволило без збільшення обсягу обчислень порівняно з іншими дискретними дійсними та комплексними вейвлет-перетвореннями, такими як Хаара, Добеші, Гауса та Морле, збільшити обсяг інформації про часові залежності, які розглядаються як діагностичні дані.

Запропоновано способи діагностування напівпровідникових перетворювачів із застосуванням теорії класифікаційного розподілу об'єктів та узгоджених фільтрів з кінцевими імпульсними характеристиками у вигляді вейвлет-функцій m-ічного аргументу, що дозволяє прискорити процес ідентифікації стану перетворювача завдяки меншій кількості параметрів діагностики.

Ключові слова: діагностика напівпровідникових перетворювачів, спектральне вейвлет-перетворення, функції m-ічного аргументу, теорія класифікаційного розподілу об'єктів, узгоджені фільтри.

Аннотация

Хижняк Т.А. Диагностика полупроводниковых преобразователей с применением вейвлет-функций m-ичного аргумента. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.12 - Полупроводниковые преобразователи электроэнергии. - Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2007.

Диссертация посвящена разработке новых подходов к диагностированию, не зависящих от порядка схемы полупроводниковых преобразователей, ориентированных на выявление постепенных отказов элементов преобразователей и основанных на применении дискретных вейвлет-преобразований функций действительного m-ичного аргумента.

Разработан алгоритм построения дискретных вейвлет-преобразований с использованием базисных функций m-ичного аргумента, что позволило без увеличения объема вычислений, по сравнению с другими дискретными действительными и комплексными вейвлет-преобразованиями, такими как Хаара, Добеши, Гаусса, Морле, увеличить объем информации о временных зависимостях, рассматриваемых в качестве диагностических данных.

Предложенные в работе два подхода к построению дискретного вейвлет-преобразования на базе функций симметричного преобразования на конечных интервалах (СКИ) позволяют использовать в качестве базиса либо функции, определенные на различных интервалах , либо функции, определенные на одном интервале , но масштабируемые по степеням числа m. Первый подход целесообразно использовать с целью выявления и временной локализации в сигнале участков, на которые его форма совпадает с базисными функциями преобразования. Наличие K разных по форме вейвлетов позволяет эффективно реализовать согласованные фильтры на их базе. Преимуществом второго подхода является итерационный алгоритм выполнения анализа, возможность анализа сигналов, представленных большим количеством дискретных отсчетов, лучшая временная и частотная локализация особенностей сигналов и разделение составляющих, характеризующихся разными частотами.

Предложены подходы к диагностированию полупроводниковых преобразователей с использованием теории классификационного распределения объектов и согласованных фильтров с конечными импульсными характеристиками в виде вейвлет-функций m-ичного аргумента, что позволило ускорить процесс идентификации состояния преобразователей благодаря меньшему количеству параметров диагностики.

Спектральные вейвлет-коэффициенты токов и напряжений полупроводниковых преобразователей используются в качестве признаков, по которым выполняется классификация состояний преобразователей, а также для определения степени приближения параметров элементов к предельно допустимым значениям.

В случае наличия во временных зависимостях токов и напряжений участков, по форме подобных базисным функциям вейвлет-преобразования, предлагается для идентификации состояния преобразователей использовать согласованные фильтры с конечными импульсными характеристиками в виде вейвлетов.

Результаты диссертационной работы нашли практическое применение в НИИ „ХЭМЗ” (г. Харьков) при разработке микропроцессорной системы диагностики широтно-импульсного преобразователя. Результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры промышленной электроники Национального технического университета Украины «КПИ» (г. Киев) в курсе учебной дисциплины «Специализированные и промышленные микропроцессорные системы».

Ключевые слова: диагностика полупроводниковых преобразователей, спектральное вейвлет-преобразование, функции m-ичного аргумента, теория классификационного разбиения объектов, согласованные фильтры.

Summary

Khizhnyak T.A. Diagnostics of semiconductor converters on the base of wavelet functions of m-ary argument. - Manuscript.

Thesis for a candidate of science degree in the speciality 05.09.12 - Semiconductor Converters of Electric Energy. - National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”, Kyiv, 2007.

The dissertation is devoted to the development of new diagnostic methods for semiconductor converters founded on time-frequency representations of currents and voltages. These methods are independent from circuit degree and allow to discover progressive failure of elements.

The algorithm of construction of discrete wavelet transform with application of base functions of m-ary argument is developed. It allowed to increase the volume of information about function-originals which are utillized as diagnostic information for the state of converters without increasing the volume of calculations comparatively with other discrete and complex wavelet transform as Haar, Dobeshi, Gaus, Morlet.

The new diagnostic methods of semiconductor converters based on using the classification theory and wavelet analysis is developed.

The diagnostic method of semiconductor converters is offered with application of the matched filters with finite impulse response as wavelet function of the m-ary argument. It allows to accelerate the identification process of the state of converters due to using less parameters than earlier diagnostic methods.

Keywords: diagnostics of semiconductor converters, spectral wavelet transform, functions of m-ary argument, theory of the classification distributing, matched filters.

Размещено на Allbest.ru

...