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モデルベース制御とデータ駆動異常検知の融合による電力変換器の高可用化に関する研究

基于模型的控制与数据驱动的异常检测相结合的功率变换器高可用性研究

基本信息

批准号：
22K04070
负责人：
丸田英徳
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Nagasaki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04070/
关键词：
電力変換器ディジタル制御

项目摘要

本研究の目的は、電力変換器のモデルベースの制御手法とデータ駆動による異常検知手法の融合することにより、その性能を維持しつつ安定的な運用を行う手法を開発することである。そこで、本研究においては、制御対象を電力変換器の一種であるDC-DCコンバータとし、モデルベースの制御手法として、データ駆動との相性がよいモデル予測制御を採用する。異常検知手法のためには、異常かどうかを判定するための指標が必要となる。この指標として、DC-DCコンバータに用いられている電気素子のパラメータ値に着目し、それらを制御状態のまま推定し、モニタリングすることで、異常検知の判定を行うことを検討する。モデル予測制御における問題点として最適化問題の演算量の大きさがある。直接的な最適化を実行するにはスイッチング周期以内での演算が必要となるが、従来手法では、演算能力不足の解決のため、事前に演算を行っておき必要に応じて結果を読みだしたり、制御入力候補を絞り込み演算量を削減する方法などが提案されている。事前に演算を行う手法では、モデルパラメータ推定の結果をモデル予測制御に反映することができない。よって、制御入力の分解能を動的に変動することで、少ない制御入力候補による最適化問題の演算量を抑制しつつ制御を行う動的量子化法を採用し、直接最適化によるモデル予測制御をプロトタイプの実験回路により実現した。また、異常検知のためのモデルパラメータ推定について、DC-DCコンバータの状態空間モデルとその線形近似による推定手法を検討した。この手法では特殊な信号などを必要とせず、モデル予測制御時に観測・演算情報のみによりコンバータの素子値を推定することを可能としている。これらの手法を組み合わせることで、DC-DCコンバータを運用しつつ、そのパラメータを推定し、推定結果を随時モデル更新に反映させる一連の仕組みの基礎的な部分が構築した。

The purpose of this study is to develop the control methods, abnormal detection methods and integration methods of power converter to maintain its performance and stable operation. In this study, a kind of DC DC converter is proposed to control the phase of the power converter. Abnormality detection method and abnormal detection index are necessary. This indicator, DC-DC converter, is used to determine the value of the current element, to estimate the control state, to determine the abnormality, and to discuss the abnormality detection. A large amount of computation is required for optimization problems. Direct optimization is carried out in such a way that calculation is necessary within the calculation period, and the calculation method is used to solve the problem of insufficient calculation ability. The calculation is carried out in advance and necessary. The result is calculated in such a way that the calculation amount is reduced. The method of calculation in advance is to estimate the result of prediction. The quantization method for the optimization problem is used to suppress the calculation quantity of the control force. The direct optimization method is used to realize the prediction and control loop. The estimation method of DC-DC converter state space is discussed. This technique is based on the estimation of the element value of a particular signal, and the estimation of the element value of a particular signal. This method is combined with the DC-DC converter, which is used to estimate and update the estimation result at any time to reflect the basic part of the system.