論電子元件故障檢驗(yàn)的灰色理論方法

1、論電子元件故障檢驗(yàn)的灰色理論方法 作者：祁春清 索跡 陸春妹 單位：蘇州市職業(yè)大學(xué)電力電子器件在電力電子技術(shù)時(shí)代扮演著非常重要的角色,由它們組成的具有節(jié)能與環(huán)保性質(zhì)的電力電子裝置的應(yīng)用越來越廣。但由于器件本身的特殊性,它們又是電力電子裝置中的薄弱環(huán)節(jié)。在所有故障中,它們的故障所占比例較高。而一旦發(fā)生故障,將會(huì)給生產(chǎn)帶來巨大損失。若能在其發(fā)生故障時(shí)立刻檢驗(yàn)出來,及時(shí)采取措施,減少停機(jī)時(shí)間,其意義將是十分巨大的。目前,人們對(duì)電力電子器件的故障機(jī)理的認(rèn)識(shí)還不全面、不充分。在沒有故障機(jī)理模型的條件下,如何利用有限的信息量,判別出電力電子器件的性能狀態(tài),目前也還沒有得到廣泛深入的研究。本文試圖在應(yīng)用灰色

2、系統(tǒng)理論對(duì)電力電子器件故障診斷方面進(jìn)行初步探討。1灰色系統(tǒng)理論簡介控制論中,常借助顏色來表示研究者對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部信息和系統(tǒng)本身的了解及認(rèn)識(shí)程度?！鞍住敝感畔⑼耆_知“,黑”指信息完全不知“,灰”則指信息不完全與非唯一,即部分信息確知,部分信息不確知,這是“灰”的基本含義。相應(yīng)地,信息完全確知的系統(tǒng)稱為白色系統(tǒng),信息完全不明確的系統(tǒng)稱為黑色系統(tǒng),而介于上述二者之間的信息不完全的系統(tǒng)稱為灰色系統(tǒng)。由于黑、白、灰是相對(duì)于一定的認(rèn)識(shí)層次而言的,具有相對(duì)性,所以世上沒有絕對(duì)的白色系統(tǒng),也沒有絕對(duì)的黑色系統(tǒng),大量存在的是灰色系統(tǒng)?；疑到y(tǒng)(GreySystem)理論屬于系統(tǒng)論的范疇,是華中理工大學(xué)鄧聚龍教授在

3、1982年提出的。經(jīng)過二十來年的發(fā)展,形成了一套完整的理論體系。此理論包括灰色預(yù)測(cè),灰色控制,灰色規(guī)劃,灰色決策等內(nèi)容,其中灰色預(yù)測(cè)模型是灰色預(yù)測(cè)的基礎(chǔ),灰色預(yù)測(cè)是控制、規(guī)劃、決策的前提。灰色系統(tǒng)理論用關(guān)聯(lián)的方法來尋找影響系統(tǒng)的因素。2電力電子器件故障檢測(cè)的灰色本質(zhì)2.1電力電子器件參數(shù)的灰色性電力電子器件的測(cè)量既不象機(jī)械設(shè)備那么直觀,也不象有些電器設(shè)備那樣易于測(cè)量,而需要設(shè)計(jì)專門的電路進(jìn)行測(cè)量。還有一些參數(shù)不便于從外部直接觀測(cè)。因此,只能在外部測(cè)取器件的部分特征參數(shù)。顯然,依靠有限的幾個(gè)測(cè)量參數(shù)是不能全面準(zhǔn)確地描述電力電子器件的狀態(tài)的。因此電力電子器件是一個(gè)部分信息已知,部分信息未知的本征性

4、灰色系統(tǒng)。2.2電力電子器件故障發(fā)生的灰色性理論和實(shí)踐證明,電力電子器件發(fā)生某一種故障的誘發(fā)原因有多種。其中,有一些原因是清楚的,有理論根據(jù)的;而有些原因是模糊的,沒有理論根據(jù)的,從而導(dǎo)致人們對(duì)電力電子器件故障機(jī)理的認(rèn)識(shí)的非唯一性、近似性和片面性。2.3判斷電力電子器件故障結(jié)果的灰色性存在的客觀條件是,故障檢測(cè)手段的不完善性,信號(hào)獲取裝置的不穩(wěn)定性及信號(hào)處理方法的近似性,或者缺少有效的觀測(cè)工具,造成人們?cè)谛畔⒉煌耆蛭创_知的情況下進(jìn)行判斷、預(yù)測(cè)和決策,因而帶有估計(jì)、猜想、假設(shè)和臆測(cè)等主觀想象成分。主觀條件是電力電子器件隨著使用時(shí)間的增加,使用條件的不同,其特性處于不斷發(fā)展變化之中。雖然人的感官

5、具有高度感受能力,大腦又具有抽象、分析、綜合、推理、運(yùn)算等邏輯思維能力,但是,人的認(rèn)識(shí)畢竟不能洞悉事物的全部復(fù)雜性。再者,從感性認(rèn)識(shí)的信息獲得到理性認(rèn)識(shí)的信息處理,人的認(rèn)識(shí)不免要受到知識(shí)、心理、情感和習(xí)慣等因素的影響,而且人們又總是本能地利用聯(lián)想、比照來填補(bǔ)思維的邏輯缺環(huán),使得人的某一具體認(rèn)識(shí)缺乏充足的理由?？傊?在生產(chǎn)實(shí)踐中,所討論的電力電子器件在運(yùn)行過程中發(fā)生故障與否是確定的,不依人的意志而轉(zhuǎn)移。但由于客觀事物暴露得不夠充分,加上人們的認(rèn)識(shí)層次及技術(shù)水平等的限制(如沒有昂貴的測(cè)試儀器或所用儀器精度不夠高等),使我們不能獲得足夠的數(shù)據(jù)和信息。所以不同的人,因?yàn)閷?duì)故障信息掌握的充分程度不同,會(huì)

6、得出不同的診斷結(jié)果;即便是同一個(gè)人,對(duì)同一種電力電子器件故障征兆,隨著掌握的信息的增多及認(rèn)識(shí)程度的提高,也會(huì)先后得出不同的結(jié)論。可見,電力電子器件故障的灰色性是由信息不完全造成的。3電力電子器件故障診斷的灰色理論探討在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),電力電子器件的類型、構(gòu)造并不相同,要求故障診斷人員能簡便快速有效地診斷出電力電子器件的故障來。而現(xiàn)場(chǎng)上干擾因素、不確定因素較多,時(shí)間又緊迫,用昂貴的精密儀器,既不經(jīng)濟(jì)也不一定適用,探索較簡單的技術(shù)手段與分析方法來提高診斷效率尤為重要?；谇懊嫠岢龅碾娏﹄娮悠骷肮收系幕疑再|(zhì),作者認(rèn)為：應(yīng)該運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論去研究電力電子器件即其故障識(shí)別問題,以便根據(jù)電力電子器件的部分

7、已知信息,去認(rèn)識(shí)這個(gè)含有未確知信息的系統(tǒng)的特性、狀態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)。故障診斷的實(shí)質(zhì)是模式識(shí)別,灰色系統(tǒng)理論中的灰色關(guān)聯(lián)分析方法即是待檢模式與某參考模式之間的接近程度,進(jìn)行狀態(tài)識(shí)別與故障診斷的一種簡單方法,特別適用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)電力電子器件故障的快速診斷。3.1灰色關(guān)聯(lián)方法的基本原理根據(jù)電力電子器件的特征參數(shù)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則即有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料先建立兩個(gè)參考狀態(tài)模式向量：（式略）可見,灰色關(guān)聯(lián)診斷方法的關(guān)鍵是如何選取被診斷對(duì)象的特征參數(shù)及建立參考狀態(tài)模式。3.2灰色關(guān)聯(lián)診斷方法用于電力電子器件故障診斷時(shí)的若干問題下面以IGBT為例運(yùn)用關(guān)聯(lián)診斷方法來說明電力電子器件的故障診斷。選它的開關(guān)時(shí)間作為特征參數(shù),開關(guān)時(shí)間包括

8、上升時(shí)間,開通時(shí)間,下降時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間。這些特征參數(shù)的分布范圍為閉區(qū)間。如表1所示：其中,下標(biāo)m表示最大(max),下標(biāo)n表示標(biāo)準(zhǔn)(normal)。這種參數(shù)形式不能套用前面所列公式,需轉(zhuǎn)化成平均值參考模式,如表2所示：以東芝公司的MG25N2S1型25A/1000VIGBT為例來說明關(guān)聯(lián)故障診斷的算法。在正常情況下,該器件的特性參數(shù)的值為：(單位為us,以下同)（式略）可見,平均值模型診斷結(jié)論與實(shí)驗(yàn)結(jié)論是一致的。因此,我們可以針對(duì)不同的電力電子器件,選擇較易測(cè)量的參數(shù)作為特征參數(shù),這樣,測(cè)得數(shù)據(jù)后,通過簡單的運(yùn)算,能很快地做出判斷。這在實(shí)際生產(chǎn)中是非常有意義的。4結(jié)語隨著故障診斷工作的不斷開展,診斷理論日趨完善,各種診斷方法與手段層出不窮?；疑到y(tǒng)理論以