哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
DC-DC变换器是多电飞机和全电飞机高压直流供配电系统中最重要的设
备之一，对其进行状态监测将有助于提高飞机的安全性和可靠性。数字孪生作
为一种无创的状态监测新手段，在工业和制造业等领域逐渐崭露头角。本文在
分析国内外数字孪生技术以及变换器状态监测技术发展现状的基础上，构建一
种270V-28V移相全桥倍流整流DC-DC变换器的数字孪生体，并提出相应的状
态监测方案，旨在提升机载电力电子变换器的可靠性，并进一步推动数字孪生
在工程实际场景中的应用。
本文首先对移相全桥倍流整流电路进行分析，提出技术指标，设计其拓扑
结构和控制方式，进行参数计算和器件选型；在此基础上，建立电路仿真模型，
通过仿真软件进行验证，以确保设计方案的可行性，并测试变换器的工作性能。
其次，建立三层式数字孪生框架，根据设计方案搭建移相全桥倍流整流电
路硬件实验平台作为物理层；搭建与硬件实验平台结构与运行条件均相同的仿
真模型作为数字层，数字层与物理层互为镜像；搭建计算层作为连接物理层与
数字层的桥梁，采用粒子群优化算法驱动数字层不断更新迭代。最终，数字孪
生体能准确反映物理实体变换器的内部器件参数及外部运行表现。
然后，提出利用数字孪生体进行移相全桥倍流整流电路状态监测的方案。
变换器异常状态分为软故障与硬故障两类。分析软故障机理，利用数字孪生体
跟踪物理实体参数及输出的能力推断变换器中关键器件参数的变化，预测可能
发生的软故障。分析硬故障类型和原理，结合数据驱动方法，利用数字孪生体
模拟变换器发生各类硬故障的运行数据，训练BP神经网络分类器，用于硬故
障的监测与诊断。
最后，在移相全桥倍流整流电路硬件实验平台中进行实验，测试所提出的
状态监测方案的实用性。设计变换器状态监测系统可视化界面，对变换器健康
状况进行直观展示，便于可视化处理。
关键词:DC-DC变换器；数字孪生；状态监测；粒子群优化算法
-I-
哈尔滨工业大学硕士学位论文
Abstract
DC-DCconverterisoneofthemostimportantdevicesinthehigh-voltageDC
supplyanddistributionsystemofmulti-poweredandall-poweredaircraft,andits
conditionmonitoringwillhelpimprovethesafetyandreliabilityoftheaircraft.Asa
newnon-invasivemeansofconditionmonitoring,digitaltwinhasgraduallyemerged
intheindustrialandmanufacturingsectors.Basedontheanalysisofthedevelopment
statusofdigitaltwintechnologyandconverterconditionmonitoringtechnologyat
homeandabroad,thispaperconstructsadigitaltwinof270V-28Vphaseshiftedfull-
bridgecurrentdoublingrectifierDC-DCconverterandproposescorresponding
conditionmonitoringschemes,aimingtoimprovethereliabilityofairbornepower
electronicconvertersandfurtherpromotetheapplicationofdigitaltwininpractical
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