模擬電路的故障表征、分類及診斷方法研究.pdf

1、近年來,電子技術(shù)的高速發(fā)展對電子設(shè)備的可靠性提出了更高的要求。模擬電路的測試和診斷一直是電路測試領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點之一,模擬電路故障測試診斷理論和方法的研究極具挑戰(zhàn)性。傳統(tǒng)故障測試診斷的理論和方法在實際應(yīng)用中難以達(dá)到預(yù)期效果,主要原因在于模擬電路的故障沒有簡單通用的表達(dá)模型,模擬電路元器件容差的存在以及元件值連續(xù)性變化使得模擬電路的故障也是多樣性的,同時還存在電路非線性等,這些都影響了模擬電路測試診斷方法的發(fā)展。研究高效、適應(yīng)模擬電路發(fā)展

2、需求的故障診斷理論和方法勢在必行。因此,本文深入研究了模擬電路的故障表征、分類及診斷方法,主要工作和成果如下:
　　(1)電路集成度的提高,使得有限節(jié)點提供的信息無法完整表征電路所有元件狀態(tài),被測電路中必然會出現(xiàn)模糊組,如何確定被測電路中的潛在故障元件可診斷集成為研究故障診斷的一個重要部分。本文首先介紹了電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)法,該方法是利用測點的傳函計算得到在當(dāng)前測點下的測試矩陣,然后依據(jù)測試矩陣進(jìn)行計算得到電路所有元件的模糊組分類,根據(jù)

3、最終得到的規(guī)范模糊組來選擇確定潛在故障元件。但是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)法的計算較為繁瑣,隨著電路元器件數(shù)量的增多,其計算復(fù)雜度大大增加。因此,本文提出了兩種較為簡便的可診斷集分析方法,一種是適合單輸出測點的傳函零極點靈敏度法,另一種是適合多測點的節(jié)點電壓斜率法。零極點靈敏度法是根據(jù)測點傳遞函數(shù)的零極點靈敏度對電路元件的模糊組類別進(jìn)行分析,計算速度較快,如果電路只有一個輸出測點,且在單故障假設(shè)下,可作為一種較為簡便的方法對被測電路的可診斷集進(jìn)行有效分析

4、。斜率法不需要對測點傳遞函數(shù)進(jìn)行分析,而是利用線性非時變電路的疊加定理和替代定理求得測點與不同元件之間的斜率特征關(guān)系,依據(jù)斜率特征準(zhǔn)確找到電路中獨立可測元件和全局模糊組,從而確定可診斷集。
　　(2)提出了面向模擬電路的馬氏距離表征與分類方法。馬氏距離由印度統(tǒng)計學(xué)家Mahalanobis提出,其優(yōu)勢在于不受量綱影響,獨立于測量尺度,能夠考慮到各種特性之間的聯(lián)系,可以排除變量之間的相關(guān)性干擾。將馬氏距離根據(jù)模擬電路的特性做出改進(jìn),然

5、后應(yīng)用于模擬電路潛在故障元件的分類。用被測電路的各種故障態(tài)與正常態(tài)間的可及測點特征值的馬氏距離作為標(biāo)準(zhǔn),將電路當(dāng)前狀態(tài)的可及測點特征值的馬氏距離進(jìn)行比對判斷。馬氏距離的引入不僅可以判斷故障是否存在,而且在某些時候可以根據(jù)測試得到的馬氏距離值的大小判斷出部分潛在故障元件未發(fā)生故障,從而減少可能的故障類別,因此在故障診斷時用到的分類器數(shù)量相對減少,有效提高診斷速率。
　　(3)提出了一種參數(shù)尋優(yōu)的支持向量機模擬電路故障診斷方法。支持向

6、量機是近年來發(fā)展較快且較為有效的一種機器學(xué)習(xí)方法,具有完善的理論基礎(chǔ),在解決小樣本、非線性和高維數(shù)據(jù)的分類問題時具有結(jié)構(gòu)簡單、泛化能力強等特點。通過對支持向量機核函數(shù)類型、核參數(shù)與懲罰參數(shù)等進(jìn)行細(xì)致分析后,發(fā)現(xiàn)這些參數(shù)對支持向量機故障診斷模型的性能有著較大影響。為了得到支持向量機對被測模型的最優(yōu)匹配參數(shù),分別對多參數(shù)網(wǎng)格法、遺傳算法和粒子群算法等尋優(yōu)方法進(jìn)行分析,并提出了一種混沌粒子群尋優(yōu)方法。由于混沌算法的引入,使得參數(shù)在尋優(yōu)過程能夠

7、較容易跳出局部極值點,較好的解決了粒子群早熟收斂的問題。該方法易于實現(xiàn),得到的參數(shù)使支持向量機在樣本的分類準(zhǔn)確率上優(yōu)于其它尋優(yōu)算法。
　　(4)電力系統(tǒng)故障與模擬電路故障有許多相似之處,如故障建模復(fù)雜、故障樣本難以完整獲取、響應(yīng)的連續(xù)性和非線性以及噪聲影響等。傳統(tǒng)的故障診斷方法無法滿足電力系統(tǒng)日趨復(fù)雜的發(fā)展要求,因此可以考慮將參數(shù)尋優(yōu)的支持向量機故障診斷方法應(yīng)用于電力系統(tǒng)故障診斷中?；谥С窒蛄繖C的母線保護(hù)系統(tǒng)和變壓器系統(tǒng)相對于傳