一种基于动态反馈的导通绝缘电阻精确测量方法

本发明涉及复杂电子电路导通绝缘阻值测量与电路反解反汇领域，具体而言，涉及一种基于动态反馈的导通绝缘电阻精确测量方法。

背景技术：

1、某些复杂电子电路导通绝缘阻值的精准测量关系到整个复杂系统的稳定运行与安全性，因而有着非常重要的意义。传统的测量方式往往是通过电压源或者电流源与电阻构成两线制或者三线制、四线制电桥电路从而通过调节电桥平衡而完成测量；上述方法的不足在于单次测量存在较大的偶然性误差，而且环境因素不可避免地影响着测量结果，无法消除。基于上述背景原因，本发明提出了一种采用程序控制开关继电器采用多次测量；同时采用高精度已知标准电阻对每次测量结果进行动态反馈，实时补偿每次测量的动态误差；并对多次测量结果滤波取平均值，从而提高电阻测量解算的精度的方法，同时还具有自动化程度高，实施方便的优点，因此整个方法具有很高的工程实用价值。

2、需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于动态反馈的导通绝缘电阻精确测量方法，进而克服了传统测量方法导致的测量精度不足的问题。

2、根据本发明的一个方面，提供一种基于动态反馈的导通绝缘电阻精确测量方法，包括以下七个步骤：

3、步骤s10，采用高精度100欧、1k欧、10k欧、100k欧、1m欧、10m欧阻值电阻电阻各5个电阻、30路开关plc可编程继电器阻、直流电压源、三个数字电压表、计算机搭建测量电路。

4、步骤s20，采用计算机程序控制开关通断解算待测电路导通绝缘电阻的粗测量阻值。

5、步骤s30，根据待测电路导通绝缘电阻的粗测量阻值判断进行电阻精测量电路重构。

6、步骤s40，在电阻精测量电路重构完毕后，记录将当前导通状态的开关标记为ka1、ka2、ka3、ka4、ka5；并采用计算机程序控制当前开关多次闭合进行精测量的三个电压表数据采集，并求解实测电压比数据、动态反馈电压比数据、动态反馈修正后实测电压比数据。

7、步骤s50，根据动态反馈修正后实测电压比数据，设计非线性比例积分型数字滤波器，得到动态反馈修正后实测电压比数字滤波数据。

8、步骤s60，根据所述的动态反馈修正后实测电压比数字滤波数据，求解动态反馈修正后实测电压比数字滤波稳态均值；再进一步求解最终参考电阻比，解算最终待测电路导通绝缘电阻精确值。

9、在本发明的一种示例实施例中，采用高精度100欧、1k欧、10k欧、100k欧、1m欧、10m欧阻值电阻电阻各5个电阻、30路开关plc可编程继电器阻、直流电压源、三个数字电压表、计算机搭建测量电路包含：选取高精度100欧、1k欧、10k欧、100k欧、1m欧、10m欧阻值电阻电阻各5个，以及电压源、三个高精度数字电压表、待测电路导通绝缘电阻以及含至少30路开关的plc可编程继电器组，由计算机程序控制开关闭合组成测量电路，以及由计算机连接三个数字电压表进行数据读取与数据处理，并由计算机完成待测电路导通绝缘电阻解算；其中5个100欧阻值电阻分别记为r1、r2、r31、r41、r51，5个1k欧阻值电阻分别记为r3、r4、r32、r42、r52，5个10k欧阻值电阻分别记为r5、r6、r33、r43、r53，5个100k欧阻值电阻分别记为r7、r8、r34、r44、r54，5个1m欧阻值电阻分别记为r9、r10、r35、r45、r55，5个10m欧阻值电阻分别记为r11、r12、r36、r46、r56，plc可编程继电器组的30路开关分别记作k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7、k8、k9、k10、k9、k11、k12、k31、k32、k33、k34、k35、k36、k41、k42、k43、k44、k45、k46，待测电路导通绝缘电阻记作r；测量电路构成方式如下，由电压源正极连接开关k1、k3、k5、k7、k9、k11的一端，同时也连接开关k31、k32、k33、k34、k35、k36的一端；同时电压源正极还与开关k41、k42、k43、k44、k45、k46的一端相连；而开关k41、k42、k43、k44、k45、k46的另一端分别与相应的电阻r41、r42、r43、r44、r45、r46的一端相连；而电阻r41、r42、r43、r44、r45、r46的另一端与第三个电压表的正端相连，同时与开关k51、k52、k53、k54、k55、k56的一端相连，而开关而开关k51、k52、k53、k54、k55、k56的另一端分别依次与电阻r51、r52、r53、r54、r55、r56的一端相连；而电阻r51、r52、r53、r54、r55、r56的另一端相互导通且与第三个电压表的负端相连并接地；同时开关k1、k3、k5、k7、k9、k11的另一端分别连接对应标号电阻r1、r3、r5、r7、r9、r11的一端；开关k31、k32、k33、k34、k35、k36的另一端分别连接对于标号电阻r31、r32、r33、r34、r35、r36的一端；而电阻r31、r32、r33、r34、r35、r36的另一端均相互导通而且分别与第二个高精度数字电压表的正极连接，第二个高精度数字电压表的正极同时与待测电路导通绝缘电阻的一端连接；待测电路导通绝缘电阻的另一端与第二个高精度数字电压表的负极相连同时接地；电阻r1、r3、r5、r7、r9、r11的另一端均相互导通而且分别与第一个高精度数字电压表的正极端连接；同时与电阻r2、r4、r6、r8、r10、r12的一端连接，电阻r2、r4、r6、r8、r10、r12的另一端则分别依次与对应标号开关k2、k4、k6、k8、k10、k12的一端连接；开关k2、k4、k6、k8、k10、k12的另一端则相互导通接地，同时将高精度电压源负极也接地，并将第一个、第二个数字电压表的负极都接地，并将三个数字电压表以及含30路开关的plc可编程继电器组与程控计算机完成连接，从而完成整个测量电路的搭建。

10、在本发明的一种示例实施例中，采用采用计算机程序控制开关通断解算待测电路导通绝缘电阻的粗测量阻值包含：通过计算机程序发送指令，控制开关k1、k2、k31处于导通状态，其它开关断开；然后采用计算机读取第一个数字电压表读数与第二个数字电压表读数，将两者相除得到参考电压比；再求解参考电阻比，最后根据参考电阻比与参考电压比，求解待测电路导通绝缘电阻粗测值如下：

11、

12、

13、

14、其中u1为开关k1、k2、k31处于导通状态，其它开关全部断开时的第一个电压表读数数据；u2为开关k5、k6、k33处于导通状态，其它开关全部断开时的第二个电压表读数数据；k1为参考电压比；k2为参考电阻比；rs为待测电路导通绝缘电阻粗测值。

15、在本发明的一种示例实施例中，根据待测电路导通绝缘电阻的粗测量阻值判断进行电阻精测量电路重构包括：根据待测电路导通绝缘电阻粗测值rs进行判断，选取合适的支路闭合，进行电阻精测量电路重构，其中支路开关闭合判断方式如下：

16、如果rs＜100，则通过计算机程序发送指令，控制开关k1、k2、k31、k41、k51处于导通状态，其它开关断开；

17、如果100≤rs＜1000，则通过计算机程序发送指令，控制开关k3、k4、k32、k42、k52处于导通状态，其它开关断开；

18、如果1000≤rs＜10000，则通过计算机程序发送指令，控制开关k5、k6、k33、k43、k53处于导通状态，其它开关断开；

19、如果10000≤rs＜100000，则通过计算机程序发送指令，控制开关k7、k8、k34、k44、k54处于导通状态，其它开关断开；

20、如果100000≤rs＜1000000，则通过计算机程序发送指令，控制开关k9、k10、k35、k45、k55处于导通状态，其它开关断开；

21、如果1000000≤rs，则通过计算机程序发送指令，控制开关k11、k12、k36、k46、k56处于导通状态，其它开关断开。

22、在本发明的一种示例实施例中，在电阻精测量电路重构完毕后，并采用计算机程序控制当前开关多次闭合进行精测量的三个电压表数据采集，并求解实测电压比数据、动态反馈电压比数据、动态反馈修正后实测电压比数据包含：在电阻精测量电路重构完毕后，记录由待测电路导通绝缘电阻粗测值选取的当前开关状态，将当前导通状态的开关标记为ka1、ka2、ka3、ka4、ka5；采用计算机程序控制当前开关闭合m次，m≥5000，选取为偶数，其它开关始终保持断开，采用计算机记录相应开关闭合时的第一个电压表数据、第二个电压表数据、第三个电压表数据；然后对第一个电压表数据与第二个电压表数据进行相除后得到实测电压比数据；再根据第一个电压表数据与第三个电压表数据进行相除后得到动态反馈电压比数据；然后根据动态反馈电压比数据对实测电压比数据进行动态反馈修正，得到动态反馈修正后实测电压比数据如下：

23、

24、

25、k1f(n)＝k1fa(n)/k1b(n)；

26、其中u1a(n)为开关闭合时的第一个电压表数据；u2a(n)为开关闭合时的第二个电压表数据；n＝1,2,…,m；u3a(n)为开关闭合时的第三个电压表数据；n＝1,2,…,m；k1fb(n)为实测电压比数据；k1f(n)为动态反馈修正后实测电压比数据。

27、在本发明的一种示例实施例中，根据动态反馈修正后实测电压比数据，设计非线性比例积分型数字滤波器，得到动态反馈修正后实测电压比数字滤波数据包含：设置动态反馈修正后实测电压比数字滤波数据初始值为k1b(1)与k1f(1)相同；再动态反馈修正后采用反馈比较求解动态反馈修正后实测电压比数字滤波误差数据；再对动态反馈修正后实测电压比数字滤波误差数据进行非线性变换，得到电压数字滤波误差非线性变换数据；再对动态反馈修正后实测电压比数字滤波误差数据进行分数次奇变换，得到电压数字滤波误差分数次奇变换数据；再进行积分迭代得到电压数字滤波误差分数次奇变换积分数据；再根据所述的动态反馈修正后实测电压比数字滤波误差数据、电压数字滤波误差非线性变换数据、电压数字滤波误差分数次奇变换积分数据进行叠加，得到动态反馈修正后实测电压比数字滤波组合微分数据；最后根据所述的动态反馈修正后实测电压比数字滤波组合微分数据进行积分迭代，得到最终的动态反馈修正后实测电压比数字滤波数据如下：

28、e1k(n)＝k1b(n)-k1f(n)；

29、

30、

31、s1c(n+1)＝s1c(n)+te1c(n)；

32、k1db(n)＝l1e1k(n)+l2e1b(n)+l3s1c(n)；

33、k1b(n+1)＝k1b(n)+tk1db(n)；

34、其中l1、l2、l3为常值滤波参数；e1k(n)为动态反馈修正后实测电压比数字滤波误差数据；e1b(n)为电压比数字滤波误差非线性变换数据；e1c(n)为电压数字滤波误差分数次奇变换数据；s1c(n)为电压数字滤波误差分数次奇变换积分数据；电压k1db(n)为动态反馈修正后实测电压比数字滤波组合微分数据；k1b(n)为动态反馈修正后实测电压比数字滤波数据；t为常值积分迭代参数。

35、在本发明的一种示例实施例中，根据所述的动态反馈修正后实测电压比数字滤波数据，首先求取其后半稳态数据的平均值，得到动态反馈修正后实测电压比数字滤波稳态均值；再进一步求解最终参考电阻比，最后根据最终参考电阻比与动态反馈修正后实测电压比数字滤波稳态均值，求解最终待测电路导通绝缘电阻精确值包括：

36、

37、

38、

39、其中k1be为动态反馈修正后实测电压比数字滤波稳态均值；k2f为最终参考电阻比；rsf为待测电路导通绝缘电阻精确值；其中r1a、r2a、r3a的数字选取方法为：当ka1、ka2、ka3、ka4、ka5为k1、k2、k31、k41、k51时，r1a、r2a、r3a相应选取为r1、r2、r31阻值；当ka1、ka2、ka3、ka4、ka5为k3、k4、k32、k42、k52时，r1a、r2a、r3a相应选取为r3、r4、r32阻值；当ka1、ka2、ka3、ka4、ka5为k5、k6、k33、k43、k53时，r1a、r2a、r3a相应选取为r5、r6、r33阻值；当ka1、ka2、ka3、ka4、ka5为k7、k8、k34、k44、k54时，r1a、r2a、r3a相应选取为r7、r8、r34阻值；当ka1、ka2、ka3、ka4、ka5为k9、k10、k35、k45、k55时，r1a、r2a、r3a相应选取为r9、r10、r35阻值；当ka1、ka2、ka3、ka4、ka5为k11、k12、k36、k46、k56时，r1a、r2a、r3a相应选取为r11、r12、r36阻值。

40、有益效果

41、本发明提供了一种基于动态反馈的导通绝缘电阻精确测量方法，其主要创新点有如下两点。第一点是提出了一种采用三个电压表与电压源、30个开关的程控继电器组、高精电阻组成的测量电路构造方法，该电路能够根据对导通绝缘电阻的多次电压测量时自动进行动态反馈校准，也就是导通反馈校准电路与导通绝缘电阻测量电路是同时并行运行的，从而大大减小电压表的测量误差以及电阻测量解算的偶然误差。第二点是针对动态反馈修正后实测电压比数据，提出了一种非线性比例积分型数字滤波器，其与传统的非线性滤波器不同点在于引入了积分因子，从而能够加快滤波器的收敛速度；同时由于动态反馈修正的引入，也提高了电阻阻值解算精度。

42、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。