（电路与系统专业论文）模拟电路故障诊断方法研究与实现.pdf

at h e s i sf o rt h ed e g r e eo fm a s t e ri nc i r c u i t sa n ds y s t e m s r e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no ff a u l td i a g n o s i si na n a l o g c i r c u i t s b yl o n g z h e s u p e r v i s o r ：l ij i n g h o n g n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 9 舢4舢5 删9俐0 4舢8川-哪y 1，川_liii-一1-一_-川ji 一 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 ：正 总。 ，咖 学位论文作者签名：九寸汐 日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年团一年口一年半口 学位论文作者签名： 签字日期： 形留 1 b 两年口 勒签名：力芬秀 签字日期：渺7 6 ； ，章：r引嗣，1_j pr1b 钾i 霸n妒 j、，_j1 东北大学硕士学位论丈 摘要 模拟电路故障诊断方法研究与实现 摘要 随着集成i u 路的伙速发展，为了捉- 留广： f ，件能、降低心- i i ，i ii f ：| i 移 羽j 费j l j ，需将数，和 模拟元件集成4 斗d 块心t l - 丌i i ：。扒资料报道，虽然模拟部分仪l - i i ，u t l 片i f j i l y 的5 ，印i ；i c 故障诊断成小卸i i l 总诊断成奉的9 5 模拟f 乜路故障诊断。a 足集成电路：l i 业巾的一个 “瓶颈”问题。以神经网络为代表的计算钳能技术为模拟i u 路故障诊断提供了一条仃效 途径。 本文扫：吸取众多模拟l u 路故障诊断研究成果的雎讹j ：，结合? 与今测试技术和人：i ：智 能技术的最新成果，针对i i 前模拟电路故障诊断l | | 存存的容芹承l l l ：- 线性特性所带来的诊 断雉点，以神经网络4 i 模拟i 乜路故障诊断l l 的；矗j i j 为i - ：线，研究了模拟电路的放障特征 提取和故障诊断办法。论文的i i 要j f ：作订两个办面。阿先，研究了两利- 模拟i u 路故障特 征提取方法，料i 糙集踯论和：l ：成分分析。不i 1j t j l l t 糙集理论剔除样小信息l 1 存n ：的) c 余成 分，提取关键信息；年t lj l j l i 成分分析门i 缩特t i e i f l 咀i - i 的维数，从i 叮简化神经网络结构，捉 高了网络的训练速度诊断效率。其次，研究了确定b p 神绛网络结构的方法探讨厂b p 神经网络各参数的确定力法，分析了网络参数变化对训练结果的影e l ；, l j t - 确定了实际l 、u j 题 的神经网络结构。 本文所提的实现力法j q j b f i 容芳的模拟i 乜路进i j ：了较准确的诊断，f f 嘲i 离j i ：私! 实 际j 娅川仍彳j 定算距，还：岳要4 ：后续的研究i f l 进+ 。步加以改进。 关键词：模拟l u 路；故障珍断；神经网络；相i 糙集；1 i 成分分析 i r e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no ff a u l td i a g n o s i si na n a l o g c i r c u i t s a b s t r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p i n go fi c ，i no r d e rt oi m p r o v ep r o d u c t sc a p a b il i t y , r e d u c ec h i p s a r e aa n de x p e n s e ，w es h o u l di n t e g r a t ed i g i t a la n da n a l o gc o m p o n e n ti n t oo n ec h i p f r o mt h e s t a t i s t i cn u m b e rw ec a nl e a r nt h a tt h e r ea r e9 5p e r c e n tf a u l tr e s u l t e df r o ma n a l o gc i r c u i t ， t h o u g ho n l yo c c u p i e d5 p e r c e n to fc h i p s a r e a f a u l td i a g n o s i so fa n a l o gc i r c u i ta l w a y sa d i f f i c u l tp r o b l e mo ni ci n d u s t r y n e u r a ln e t w o r k s ，w h i c ha r et y p i c a lr e p r e s e n t a t i o no f c o m p u t a t i o n a li n t e l l i g e n c e ，p r o v i d eap o w e r f u lw a y t od i a g n o s ef a u l t so fa n a l o gc i r c u i t s d r e wm u c ha n a l o gc i r c u i tf a u l td i a g n o s i sr e s e a r c h ，c o m b i n e dt h el a t e s ta c h i e v e m e n t so f e l e c t r o n i cm e a s u r e m e n tw i t ht h ea r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ，d i r e c t e dt o w a r dt o l e r a n c ea n d n o n l i n e a ro fa n a l o gc i r c u i t ，t h i st h e s i sb a s e do nn np r o f o u n d l ys t u d i e sf a u l tf e a t u r ee x t r a c t i o n a n df a u l td i a g n o s i sm e t h o d o l o g y t h em a i nw o r ko ft h et h e s i sc o n c e n t r a t e so nt w oa s p e c t s f i r s t l y , w es t u d i e dt w ot y p e so fa n a l o gc i r c u i t f a u l tf e a t u r ee x t r a c t i o nm e t h o d s ，r o u g hs e t t h e o r ya n dp r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i s r o u g hs e t e l i m i n a t er e d u n d a n tc o m p o n e n t si n s a m p l e s ，a n de x t r a c t t h ek e yi n f o r m a t i o n ；t h ef e a t u r ep a r a m e t e r sa r ec o m p r e s s e du s i n g p r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i s ( p c a ) i th a sm a n yg o o dp r o p e r t i e s ，s u c h a ss i m p l i f y i n gt h e s t r u c t u r eo fn n ，i m p r o v i n gt h et r a i n i n gs p e e da n dd i a g n o s t i ce f f i c i e n c y s e c o n d l y , w es t u d i e d t h em e t h o do fd e t e r m i n i n gt h es t r u c t u r eo fb pn e u r a ln e t w o r k s ，e x p l o r e dt h em e t h o do f d e t e r m i n i n gb pn e u r a ln e t w o r k sp a r a m e t e r s ，a n a l y z e dt h ei m p a c to fc h a n g e so fn e t w o r k s p a r a m e t e r so nt r a i n i n gr e s u l t s ，a n dd e t e r m i n e dt h ep r a c t i c a lp r o b l e m so fn e u r a ln e t w o r k s a r c h i t e c t u r e i n t h i st h e s i s ，t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e dm e t h o dc a np e r f o r m c o r r e c td i a g n o s i st h ea n a l o gc i r c u i t sw i t ht o l e r a n c e s ，b u tt h o s ea r en o te a s i l ya p p l i e dt ot h e p r a c t i c a la p p l i c a t i o nd u et ot h ed if f e r e n c ef r o mt h e o r yt o t h ep r a c t i c e ，a n di ts t i l ls h o u l db e s t u d i e di nt h ef u t u r e k e y w o r d s ：a n a l o gc i r c u i t s ；f a u l td i a g n o s i s ；n e u r a ln e t w o r k s ；r o u g hs e t ；p c a 东北大学硕士学位论文 目录 独创性声明 摘要 a b s t r a c t 第1 章绪论 1 1 模拟电路故障诊断的意义 1 2 模拟l 乜路故障诊断的现状发展 1 3 本文研究的i - ：要内容 第2 章模拟电路故障诊断相关知识介绍 2 1 模拟l 乜路故障诊断理论介绍 2 1 1 模拟电路故障诊断綮本原理 2 1 2 模拟i 乜路故障诊断办法的分类 2 1 3 神经网络4 ：模拟l u 路故障诊断i l l 的成川 2 2 神经网络理论介绍 2 2 1 神经网络雎本知谚 2 2 2 神经网络的结构 2 2 3 神经网络的学习过程 2 2 4 神经网络的j ：作过程 2 3l 扛路仿真软件介绍 2 3 1o r c a d p s p i c e 2 3 2m a t l a b 2 3 3m a t l a b ! ：| o r e a d 的数抓通信 2 4 小结2 2 第3 章故障特征选择与提取方法的研究2 3 3 1 主成分分析2 3 3 1 ii i 成分的儿f l 叮解释2 4 1 3 3 2 3 21 3 1 ：成分分析故障特觚提墩实例一l 剐糙集删沦善 籼糙集川沦概念一 3 2 2 籼糙集约确钳法j 2 6 2 7 2 9 3 0 3 4 东北大学硕士学位论文目录 3 2 3 村【糙集约简 ! ；3 f 拟i u 路故障特征集实例3 6 3 3 小结4 1 第4 章b p 网络设计与实现4 3 4 1b p 神经网络模燃j 学刊鲐：法4 3 4 1 1b p 神经元及b p 网络模型4 3 4 1 2b p 网络学习算法4 4 4 2b p 神经网络的设计4 8 4 2 1 隐层数的没计4 8 4 2 2 隐层肖点数设计4 8 4 2 3 传输函数4 8 4 2 4 初始权值和学爿速率的选墩4 9 4 2 5 期颦误差4 9 4 3b p 神经网络i 乜路仿真实现一4 9 4 3 1 实例一一4 9 4 3 2 实例5 6 4 4 j 、结一6 0 第5 章结束语6 1 5 1 ：1 ：作总结6 l 5 2 未米展颦6 2 参考文献6 3 致谢6 7 1 l v 一 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 1 i 模拟电路故障诊断的意义 模拟i 乜路故障诊断技术足最近4 0 年发腱起米的一门新科学，它足i u 路放障诊断范 畴内的门综合件边缘学科。随卉人j ；! l ! 模模拟集成i 乜路的发展，模拟 【! 路的复杂皮和密 集度不断增长，埘模拟l u 路敝障诊断技术的要求也殳，岛。7 j 资料报道，虽然现代i 毡。，没 备1 1 1 数字电路超过8 0 ，t i l8 0 以i 二的故障都术| ，| 模拟i u 路，然i f u 模拟i 乜路故障渗断一 赢足刚扰希集成i 乜路j l ：业发眨的个“瓶颈”问题。礁：模拟i u 路故障发乍后，要求能及 时将故障诊断；j ；米以便检修、调试、臂换。对菜些用r 重要设备的模拟i i l 路，还要求能 进行故障预测，也就足对i u 路祚：正常j i ：作时的响应作持续不l 、i l j 断的； ：i 测，以确定哪峰元 件将要失效，以便存故障发牛前把那些将要火效的兀件替换掉，以避免故障发生。所有 这些，通常的人工诊断技术已经无法满足需要，洲此，模拟i 乜路故障诊断研究j 彳j ：霞要i 的意义1 1 。 1 2 模拟电路故障诊断的现状与发展 存电j f f 乜路的发展过样巾，模拟电路较数字i 乜路j l j 现的# ，任l 足数j ，i l l 路的发腱速 度却比模拟f 【l 路要伙的多。尽l ；数字l c 发腱迅速，口 在，个电f 系统一 j ，模拟f 【l 路仍 然l l i 有讴要的位胃，并儿4 i 相iq 1k 的一段时n l j 内足不+ i j 丁取代的。数，i 乜路的故障诊断i l 前已经比较成熟井儿投入使j l j ，f i i 模拟i 乜路集成度较低，洲此，l e 故障诊断的技术发腱棚 对缓慢。 模拟i 也路故障诊断删论的发腱随卉人们认弘 的4 、= 断提商和实际心川i l i 的雕儿经 起伏。r s b e r k o w z t ij ：1 9 6 2 年发农了第篇天j ：模拟l 【l 路敝障诊断刖论的义章。剑1 9 7 9 年i e e e 会列版了h j i j 校拟i u 路放障诊断0 辑，标志卉这领域删论肛小形成。这1 期i l j 研究的j d 特 比试图求解所f j 兀什参数。后米j ：认谚 剑已件l j 解t 卜的1 5 i j ! 制和计 算i | 过人，使得人f l 、j f i 以刻意求斛所仃_ = ，亡件参数。进入8 0 年代后，求解部分c 什参数 的力法4 ：研究领域i i - 渐渐的l i i i1 i 学地位，i f u 作为求解部分，己什参数的坫础，钊对敝障的 w 测忭研究5 i ! 禾j f 分活跃。剑8 0 l i 代f f i 划，闪为，e 1 ：，l = 容麓、。价线忭等6 i j 题，矽i ：究l i f 次 陷入低符。进入9 0 年代，人l i 神经网络为模拟l 也路故障诊断力法的研究，。i l t j ，1 水新的汛力， 为敞障诊断问题提 j ij ，种新的解决途径。 1 一 东北大学硕士学位论丈第1 章绪论 l 丽模拟i u 路敝障诊断l - 仍存祚的闲雄彳f ： ( 1 ) 模拟i 乜路i - 的输入激励神l 输 响心都足迮续：l ，网络 - 符冗件的参数通常也 是连续的，所以模拟系统t 的故障模型比较复杂，难以进行简咿的f 化。 ( 2 ) 模拟l u 路i i 的j 6 t 1 ：参数毒打很人的离敝性，i 【! l j j 彳r 容差。 ( 3 ) 力：模拟i u 路- l t ，j 泛存确训：线性问题，既包括般删解的：作线性冗件引起的， 也包括现行电路 ，存4 ：的众多的：怍线中e i j 题。 ( 4 ) 一个实川的模拟i 乜路巾，几乎无一例外地存确：符反馈i l i i 路，电路规模越人， 反馈i l l l 路也越复杂，仿真时需要火鲑的复杂计算。 ( 5 ) 模拟l 乜路对环境变化非常敏感，输i i ；i 晌心彳i 仪受制造工艺偏筹所引起的元件 参数变化的影响，1 m 受噪声和热效应等外界环境w 豢的影响。 ( 6 ) 模拟i u 路一l 的i 乜流足4 个。甄嘤的参数，也足故障诊断信息的雨要鲺【成部分， 但在实际测t i - n 1 时一般支路l | l 的 乜流足不易测得的，通常j 能通过测毓节点电压i i j 接推算 出，而4 ：现代模拟i u 路通常足多层封装的，j t f l ! i l j ! i ；l 的i 了点数订限，导致l 叮用j j ：故障珍 断的信息啭较少，甚伞很小充分2 1 1 3 1 。 现阶段已经有一些发腱的比较完整的模拟i 乜路敝障诊断删论应川剑实际i f l 了，例如： 测前模拟诊断法t l 的敞障。，典法和测肝模拟诊断法i l i 的元件参数辨谚 法和故障验认法。 1 ) i 这屿方法仪限j 逝川j r 线中仁系统的一 2 实际，并儿术达剑预期的诊断效果，小能解决- m 线性系统的故障诊断、l i 能彳j 效诊断多敝障和软故障，对j i a j - 容差的f 乜路的诊断效果小 佳，导致故障误报以及诊断力法的灵敏度降低伞火炎1 2 i 。 近些年来，随l ；神经网络等人：l ：智能技术的发腱，模拟i u 路放障诊断的研究义儿辟 了一条新路，摹于神经网络的模拟f 【l 路故障诊断方法已经成为新的研究热点。早确：2 0 1 i f = 纪8 0 年代术期起就订学嚣 i j f 究将人j i ：神经网络j 澎川剑模拟i u 路的故障珍断l f l ，到l i 前为1 f ：已经提 ：了多f l , 3 , l - j ：神经网络的模拟i 乜路敞障诊断力法，仃些方法如b p 神经网 络故障j 典法止经能彳j 效j 妊川。j ：滤波i u 路、模拟放人i u 路等作线f l - 容芹i u 路的故障诊断， 效果优j j i 传统的i 故障! l 法。近年米【q 内外最新的研究热点足4 ：该办法- - 引入小波变换、 - i 成分分析法、专家系统、梭糊逻掣 和遗f 冬算法等新力泄：新技术以克服神纤网络本身的 许多j i i j 限忭，i ：解决神纤网络结构的确定、数捌颅处圳垌j j i i 练十r 小集的优选等i u j 邀”i 。 1 3 本文研究的主要内容 小义结合神绛网络雕论 | 3 | 拟i u 路l f 改障诊断刖沦，较为系统的分析和研究了爆j ：神 ， 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 经网络的模拟i u 路敞障诊断力法。义一 ，涉及到敞障特扑捉取疗法和b p 网络的构造、算 法的改进及模拟i 乜路诊断的哳多雕论和实现问题。，l 体i ：作如卜： ( 1 ) 深入研究了模拟i 【i 路故障诊断理论和神经网络胖论，结合经典模拟i u 路故障诊 断方法b p 神经网络，改汁改进型b p 神经网络诊断模拟l 【l 路放障。 ( 2 ) 研究了故障模j 弘的特征提取办法。本文i i 婴采j i i 成分分析办法和射l 糙集理论 对模拟i i i 路的特征参数进i j ：分析，提墩故障特 i i 样小集，然后对神经网络进 j ：训练，实 现故障渗断。 ( 3 ) 深入研究了仿真软件o r c a d 和m a t l a b 祈j 模拟l u 路仿真巾的应用。膨刚o r c a d 仿真电路故障，建。口放障集，实现o r c a d 和m a t l a b 之盯i j 的数扒传输。应坩m a l l a b 神经 网络：l ：具衍改计b p 神经网络。 本文分为以卜几个邮分： 第章绪论。介绍了模拟f 乜路故障诊断的研究意义和模拟电路故障诊断的现状及 发腱。手 第二章模拟i u 路故障诊断的稍 天知谚 介绍。对模拟i 乜路故障诊断的荩小理论和神 经网络的牲术碍! 论进行了削述。对本次设计所j 澎j f j 的俐火软件进行介绍。 第i 章敝障特征提取方法研究。研究了 成分分析和相i 糙集的特征提取办法。设 计眄种- 力法提取故障特缸f 。 第 q 章b p 网络设计j 实现。研究了b p 神经网络的綦本结构算法，并根攒两种 b p 神经网络的改进算法设计b p 网络文现模拟l u 路故障诊断。 第，i 章结束语。总纯了整篇论文的 ：要内容，并指：i j 了一些彳j 待解决的i 、u j 题羽l j 挺 颦。 j 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 一4 一 东北大学硕士学位论文 第2 章模拟电路故障诊断相关知识介绍 第2 章模拟电路故障诊断相关知识介绍 2 1 模拟电路故障诊断理论介绍 2 1 1 模拟电路故障诊断基本原理 模拟l 乜路故障i 叮分为两人类：，。类称为硬故障，指歹己什的”路和氰i 路火效l 故障；另 类称为软故障，指，已什的参数超f i 预定的容筹范f 饲，般它们均未使设备完全失效， 例如：! - 1 4 。f 元件的老化、变质或使j l j 环境的变化等造成的j c f l ：参数变化。 网络巾元件广：d - ：硬故障已经改变了网络的打i 扑结构，廿i 矗：模拟i 乜路故障诊断中仍将 它们看成是兀件的故障。l u 路i j 发乍的硬故障，经常导致系统，憾承失效，甚伞完全瘫痪。 按电路i j 存在的放障数来l x | 分，i 叮将敝障分为濉故障和多故障。拂：统计，在实际l 咂 用i | | ，电了设备发4 i 咀故障的概率是故障总数的7 0 一8 0 ，向m 些多故障往往义足棚 f l 联系的，冈此又足也1 l j 以作为i 丫1 故障处理。 模拟电路放障诊断的1 i 要| 彳j 二- 4 办面的t 作： ( 1 ) 故障榆测根州所采集到的数据以及已知的i 乜路结构j 标称值，判断i u 路足行 存舀i 故障。侄i 故障检测1 i 能确定故障，亡件的位筲和参数。村j 对而i ；，故障检测比较容易， 它主要川于产 的榆验。 ( 2 ) 故障辨识4 ：止经检测剑i u 路存确! 故障的前提下，确定存稀i 的故障总数，箨故 障元件祖：电路t ，的物胖位胃，如果：黯要的话，还i 叮进步确定或彳i 。i 汁放障c 件的彳j 火参 数。对故障辨谚! 的要求足准确l m 唯一，这也足1 1 1 j 订故障诊断l i 的1 i 要仃务。w 此对它的 研究最多，f l j 刚难也最人。敞障辨谚 也常称为故障诊断。 ( 3 ) 故障预报为进步摊i 滔系统的i i j 稚性羽l 利川率，域好4 ：系统发牛故障1 j 订即能 预报；i 将发牛放障的几什，以便提前殳换或作其它处理，避免系统，髓q - 殳人的j 放，确 保系统k 期i l ：f 1 苦1 运行。为j ，艾现放障预报，需要对被测系统作连续盟测，从所取得的上见 场数据i ：搜索剑片常价i ，从i ，分析厢l 预报即将, , f f i p 匕发7 i - 敞障的元件。j e - i 。个眼婴n i j 题足婪尽请延k 系统l l i 的缚个r 已件或部件的乍命川期，即尽f i 减少淡撤，儿f i 要过f j 地 杵换i i j 能仃故障的几件( 如个几仆的偶发故障1 ij 娅祧为永久敞障i f , j 被错换) 1 5 1 1 6 i 。 2 1 2 模拟电路故障诊断方法的分类 一一 东北大学硕士学位论文 第2 章模拟电路故障诊断相关知识介绍 ( 1 ) 模拟i u 路故障诊断的f 誓统力法 ( a ) 测附模拟诊断法 测i j 订模拟诊断分为故障7 典法和l 似然法。故障字典法魁测前校拟诊断法的典型代表。 它的腿奉思想足：预先根据经验或灾际；箔受，确定所要诊断的故障集，求i u 路存4 ：故障 集一f 的个故障的响应，即做i u 路仿真。然肝将所得剑的响应作必要的处理，作为对应 故障的特征，将它们编成一部故障钓：征一对心的字典。利片j j ，典作文物：i u 路诊断时， 对被测l 【l 路施加测前模拟时完个样的激励和：l ：作条件，取得科| j 赶的特征，最后在故 障，典中查得与之相对应的故障。! 典法小仪适用j r 线性电路，对非线f i - w t j , 路也样适 用，口 是它难以川于软故障的诊断，吡hj ：多故障的组合数人人，实p j ：i , , z i j i l ，通常只 川j 解决单故障| 、u j 题1 6 l f 7 1 。 ( b ) 测后模拟诊断法 测后模拟法的特点足在i u 路测试后，根据测咀ij o 信息对f 乜路模拟，从而进行故障诊断。 典，钽办法一卜要- 彳j - 参数谚 别法和故障验证法。元件参数识别法魁根扒网络l 知的拓扑荚系、 输入激励和输：l j 响应，估计网络巾所彳j 的参数，最后4 ：每个参数的允+ 溯：容篾范嘲内确定 网络| 1 1 的故障冗件，圳此实际i ：足种参数谚 别技术，适合于软故障。它包括兀件连接 模式的多频法和伴随网络法，前肯足对，c 什值进行识别，后者足对，亡什值增特 叭1 1 月h 0 。元 件参数识别法要求提供较多诊断川信息，由于故障诊断方科大多足 i ；线性方程，眦 1 1 方 程规模大，求解办程的i ：作j l 很人，洲此给实时故障诊断带来一定川难。故障验证法的 雄小思想足预先猜测被测网络- i - 的敝障元件稃j 某个兀件集合中，然后冉利川激励倍譬和 确：i 叮测点取得的数据，根掂定的判批去验讧f 这个猜测址俞i r 确，如果这个猜测m 确， 则i 叮定位故障元件。如果i 【i 路- f 一总的故障种数较大，而各种故障的身l 含数更人，这种“猜 测”的次数足二m 常人的，每次对狲测的验都需要人城的运算，裨：获取少 l ；：的故障信息 荩础i ：作诊断。洲此。个突；i ：的n i j 题足故障诊断的町靠性问题。被测l 叫络的扔i 扑麻该足 满足定的约束条件，施j j i i 的独、，：激励衄f f 心订足够的数，f ；= ，i 叮及，_ 数；症必须允分，i 时 儿胁该独立，否则将会j i ：现4 i 能诊断 伞诊断错误等情况i9 。 ( c ) i ! i 近法和人：i ：钳能法 迎近法和人j r ：料能阴乖i - 力法邢介j i 测i j 玎模拟诊断和测后模拟诊断之n i j 。遄近法包括 测前模拟t 1 1 的概率统计办法嗣i 测厉模拟l | j 的优化法，i 叮以川j ：软敝障诊断。j 眼小思想 足采川适q 1 的i l 标函数，彳1 1 川f l ；蜮i 叮能现放障的己仆，根捌选定i i 标函数的4 i 川i 叮采 j l j f i 的力法。川吖r 联合判别法、迭代法、l 2 近似法、准逆法、i ，1 近似法嗣i ：次舰 6 一 东北大学硕士学位论文第2 章模拟电路故障诊断相关知识介绍 划法等，这姥力法人多数都能川米诊断多故障，f i l 仃舀i 汁贸：连人的缺点。人：i ：错能办法 包括测l i l y ! ；j 拟i l i 放障特 i | ：的收集和处理过利以及测l j 模拟一i i 放障摊州搜索等过榭，典 型的代表足家系统疗法。0 家系统办法大多丛j ：广，i i 规则，l ! 【i 汁先将+ 家矢谚 及诊断 经验川规则农j 川j 米，形成放障诊断专家系统j ：t l u u 4 - ，然后根捌测试数据利川知谚! h ；进 行捕；理诊断f f 故障，已件。该法j k - t i 珍断效率高等特点，为运j l j 网络删论难以进行诊断的 场合，i ：脚了新的途径，1 i 要i 、u j 题足知谚 获取，并i | 4 ：矢i i 谚! 雉以维护、j ：l i u t 的“组合爆炸 和“无穷递! jj ”、系统本身f i 适应能力o ：j i 学习能力等力l f l i 存4 ：4 i 程度的j 1 0 限件，这螳 对故障诊断的准确住挪1 ，j 影响1 1 0 j i l l j 。 随? ；越来越多的人j l ：钳能新理论的h 现，人们逐渐将模糊理论、神经网络、小波分 析、信息融合等钾能理论川二j ：模拟电路故障诊断领域，此，k 乍的现代模拟i u 路故障渗 断技术，从某种意义l 二来讲，形成了这一领域新的( , t f y 6 方向。它解决了一些故障诊断的 模糊件和1 确定性等常规力法f i 能解决的问题，适j j 卜i t ：线件系统的故障诊断。 ( 2 ) 模拟l u 路故障诊断的新方法 j 微电+ f 技术的迅速发展，尤j 足超大规模模拟l u 路的发展，对模拟i 【i 路的测试和诊 断捉了迫切的要求。洲此理论j i ：作者和科研人! j _ j 进步探索新的理论雨j 办法，石# f s m j 新 的测试设箭，以适应技术发展的需求。 ( a ) 小波分析和故障诊断一 的心川 小波分析足近年发展起米的新学科，它广泛应j j ，j j 信i 处州、图像瓜缩、语爵i 叭, j 1 月i 1 h 、 j 故障榆测等办1 f i l 。利j j 小波分析，确i 多层分解后的小频带内分析信譬，使本彳i 明f ! i 矗的 信0 频率特征相：小l i i j 分频率的糟_ f j r 夺i i j i f l 以最并的能；蠢变化的形式表现米，多”j 电 路的i l 弼0 输l l l + l l 比较，提取反映l 乜路故障的特钿；息， f 。实验和数学力法所建j 一的 故障埔：进行比较，从i 阿实现放障诊断。艰j j 小波分析得剑的能f i i ：特祉札：l = ，町以对模拟 i u 路t 收障榆测t i i 放障特征阳艟进 j ：敞障诊断。川时，这种敞障诊断力法实施故障特征提 取和诊澎i l i , l ，允需知道诊断i u 路的数学模燃就l 叮以迅速地进i j ：故障榆测，并能将故障人 敛定位。眨i 。 ( b ) 模糊理论4 j 故障诊断的心j | j 对小模拟i u 路的故障诊断，。j ：j c 器f ，| ：的容蓐、一m 线性及i l 上路噪声的影响，故障j 缸兆之n l j 的火系川 冬统的m 路刖论雄以求甜精确舻f ，j | ；现模糊现缘。枚糊 叟障诊断法则 址通过研究i - f ，i x ”i h “t 确i i 兆之州的 i ；! 糊火系米少0 断i 殳箭运i j ：状态。校糊敞障诊断法采川合适 的求属函数嗣i 梭糊灭系j j i 研水判定改障确吲e 之m 的小确定火系，进i u 实现舣障的榆测 一7 一 东北大学硕士学位论文 第2 章模拟电路故障诊断相关知识介绍 诊断。确：校糊集列论i | j ：隶属艘的款取、复杂系统模糊缱的建讧、i ； ! 刖、语占规则 的扶取、遗忘、修改等理论和l 力法还4 i 够完善、使得模糊珥l 沦的j , ij t j 受到了1 5 1 ) ! 制l 3 1 1 1 4 1 1 1 5 1 。 ( c ) 信息融合存故障诊断- l ，的心j j 信息融合技术起源。j ：彬f 究，i i0 f 领域小刈多源信息的处p l ! 。确：故障诊断领域，由j j ：电 。r i u 路系统本身的复杂忭和运i j ：环境的4 稳定性，传感器反心的f ur i u 路系统信息乒 有 4 i 确定性，如推理时的4 i 确定性的仃矗：，导致故障诊断准确牢的降低，至f 现漏枪和 谈诊现象。信息融合技术为解决复杂系统故障诊断的4 、= 确定性i u j 趣提供了。条崭新的途 径，这足l i 信息融合技术独特的多维信息处理力式决定的。信息融合技术特别适合解决 模拟电路故障诊断一l - 常规的网格撕裂法所i 临i 电路前后冗器件h ：甜i 影响以至不能测准 ，已器什的故障以及i i i ； 二容芹、非线忭及元件参数棚了j ：影l 响l m f l ：现的诊断小确定性问题。 f l i i j 前这项研究还处jr 初创阶段，莉：测试信 ：；的优化选择、测试数捌的分析处理、融合 诊断模，诬的构建及= l 融合算法等方l f i i 尚行待进一步的深入研究i 怕i 。 ( d ) 遗f 芝篼法4 i 故障诊断i l i 的心用 遗传算法足。- 种全 l j 优化算法，已终成为人们解决- 证度复杂i 、i j j 题的个新思路和方 法。它根据z 卜物学巾所谓f i 然选扦和遗传机理的随机搜索优化算法，其t 要特点足群体 搜索策略和群体- i 一个体之i 、i l j 的信息交换，搜索小依赖j ：f 冬统力法，l i 常j l j 剑的梯度信息， 它尤j e 适川于处理传统搜索力法雉以解决的复杂雨u ；l l 线性问题。从i il 订米行，遗传算法 柏：故障诊断i | l 的应 i 要足捉取特征阳铰，为诊断的后续处列! 做准备；还乱和j e 他的诊断 力法，如神经网络、小波分析、模糊娜论槲结合i i 。 ( e ) a g e n t 技术稿：放障诊断l t 的心川 a g e n t _ i i j 定义为 彳j 感知能力、问题求解能力和外界通i ：i i 能力的艾体，通过预定协 义j 外部a g e n t 进行通讯，了f ：通过4 利，松耦合的分布式途径进 j ：分和式钳能求解。将 a g e n t 技术j f j + j ：模拟i 乜路故障诊断，i ，j | 以克服传统人：i ：钳能诊断系统l i 能解决的实时诊 断的i ；1 3 1 制，增强诊断系统埘动态耶境的适心性霜i 对小完个信息的处删能力，实现网络环 境i i f j 分夼式计算羽i | 、u j 题求解，实现放障诊断一l ，的，j f ：发信息 测、扣洲! 及搜索1 1 8 i 。 ( f ) 分彤朋论肴：故障诊断的j 啦川 分形删沦突破了维数j 能址整数的观念，将i f i i 埘的复杂对象打成= ! i ! = 分肜维数，i m 维 数便成为个连续函数。分形邢沦红i 【l 路诊断和i ! ! 别领域还心j ：初级阶段，j ：分形瑚 论址j j 。种j t 艘l f u 探讨复杂的信息 j j 题，川此它叮以刈动态校拟i l l 路的信0 进行处腓， 。小波变换、神经网络绵合，捉i ：矗攸j = 谚! 刖的仃效性羽“悱i 9 i 。 一8 一 东北大学硕士学位论文第2 章模拟电路故障诊断相关知识介绍 ( 2 ) 荆糙集明! 论也：故障诊断的心川 一 、 籼糙集删论足种处翘1 1 i 完整忭和彳i 确定性问题的新型数学j l ：具，祈：模式谚 ：l j l j 等办 l f l i 墩榭j ，成助的心j j 。它j 传统的模糊集删沦处邶小精确数j h i , a l l 确定性的儿法f 郇d ， 它允需提f i ts ；1 题所需处理的数扒集合之外的先验信息，w 此对i u j 题的4 i 确定t i 描述足比 较弹观的，为4 ：f i 完备征兆信息卜的故障诊断提供了新思路1 2 们。 以i ：足些模拟i u 路放障诊断的力法，近峰印米还7 j - 。些新的廊川征这。领域。小 义粟川的神经网络技术也足模拟i 乜路故障诊断的热fj 力法之一，本文将详细川述此种力 法。 2 1 3 神经网络在模拟电路故障诊断中的应用 模拟i u 路放障诊断实质l 是一个模式识别和分类i 、u j 题。把电路一i ：作状态分为i - + 西i p , 和 片常两类，l j 片常状态究竟! j ：1 属何利故障模式正足模式识别所解决的n l j 题。神经嘲络极 强的一m 线性映射、刃：行处理及学习记忆能力使j j e 能刖：f 各类复杂的，小线性 i j 题，神纤网 络为模拟i 【l 路敞障诊断提供了。1 个伞新的解决办案，璀j ：神经网络的模拟l 【l 路放l j f ： 诊断 理论和办法1 1 名矗成熟和完善。 神经网络故障诊断法不j 1 9 i i 道i 乜路故障模型，d l l i 深入了解被测il i 路i 水j i t m ：，仪通 过故障样小集对网络训练即l l j - 进行故障定位。神经网络办法j l 神! 常规经! l ! - 鳕：法无法解决 或效粜4 i 仕时，j 体现：l j 优越性。尤) 对熙命r i 、u j 题或彳i 能j | j 数学模型农j 的系统， 模拟电路设障诊断就足此类问题。另一4 力嘶，神经网络财处邢人规模、尢规则历i 始数据 问题，农现极人的灵活性和r i 适应性。i j j c 它传统、经 l 的放障渗断力法相l 比，神经 刚络和模拟l u 路敝障诊断i 1 二 t 彳j 如f 优势： ( 1 ) 垠j 二规则的诊断系统+ i l l ：l i l l i 绛刚络4 剖l 练阶段就能i ，i 动推导f | ；敞阱1 人i 果天 系，尤需i ! j j 确的舭则形式。 ( 2 ) 占j i 模型的诊断系统柑l 比神绐网络诊断办法则彳j 效避免了计鳕模拟l u 路参 数厢l 放障迎幔等n i j 题。 ( 3 ) 0 家系统+ 1 1i ；l l l i 绐网络行：样小训练阶段i j 。l l 动狄取知谚l ，捉墩拍：征、发现 模拟i u 路敞阶脱律。 ( 4 ) j f 之统的l f 改障，典办法村i 比神纤州络的推驯能力允沟邑能i j 刖，f j | ：j i 匕未州确包 含礼训约：缎l i l ，i 勺敞障。 近7 d l - ：，占j i 神经例络的故障诊断披术f 1 ) 究f 受尺i _ i - ：。根捌诊f j i , c 1 象选川小的。学 一9 一 东北大学硕士学位论丈 第2 章模拟电路故障诊断相关知识介绍 习算法，利川神经网络l j 扶甜较好的故障诊断效果。i