模擬電路障礙原因與診斷方式論文

模擬電路障礙原因與診斷方式論文

　　一、模擬電路故障

　　電路(系統)誕失規定功能稱(chēng)為故障,在模擬電路中的故障類(lèi)型及原因如下摘要:從故障性質(zhì)來(lái)分有早期故障、偶然故障和損耗故障。早期故障是由設計、制造的缺陷等原因造成的、在使用初期發(fā)生的故障,早期故障率較高并隨時(shí)間而迅速下降。統計表明,數字電路的早期故障率為3~10%,模擬電路的早期故障率為1~5%,晶體管的早期故障率為0.75~2%,二極管的早期故障率為0.2~1%,電容器的早期故障率為0.1~1%。

　　偶然故障是由偶然因素造成的、在有效使用期內發(fā)生的故障,偶然故障率較低且為常數。損耗故障是由老化、磨損、損耗、疲憊等原因造成的、在使用后期發(fā)生的故障,損耗故障率較大且隨時(shí)間迅速上升。從故障發(fā)生的過(guò)程來(lái)分有軟故障、硬故障和間歇故障。軟故障又稱(chēng)漸變故障,它是由元件參量隨時(shí)間和環(huán)境條件的影響緩慢變化而超出容差造成的、通過(guò)事前測試或監控可以猜測的故障。硬故障又稱(chēng)突變故障。它是由于元件的參量忽然出現很大偏差(如開(kāi)路、短路)造成的、通過(guò)事前測試或監控不能猜測到的故障。根據實(shí)驗經(jīng)驗統計,硬故障約占故障率的80%,繼續探究仍有實(shí)用價(jià)值。間歇故障是由老化、容差不足、接觸不良等原因造成的、僅在某些特定情況下才表現出來(lái)的故障。從同時(shí)故障數及故障間的相互關(guān)系來(lái)分有單故障、多故障、獨立故障和從屬故障。單故障指在某一時(shí)刻故障僅涉及一個(gè)參量或一個(gè)元件,常見(jiàn)于運行中的設備。多故障指和幾個(gè)參量或元件有關(guān)的故障,常見(jiàn)于剛出廠(chǎng)的設備。獨立故障是指不是由另一個(gè)元件故障而引起的故障。從屬故障是指由另一個(gè)元件故障引起的故障。

　　二、測前橫擬法SBT

　　測前模擬法又稱(chēng)故障字典法FD(FaultDictionary)或故障模擬法,其理論基礎是模式識別原理,基本步驟是在電路測試之前,用計算機模擬電路在各種故障條件下的狀態(tài),建立故障字典;電路測試以后,根據測量信號和某種判決準則查字典。從而確定故障。選擇測試測量點(diǎn)是故障字典法中最重要的部分。為了在滿(mǎn)足隔離要求的條件下使測試點(diǎn)盡可能少,必須選擇具有高分辨率的測試點(diǎn)。在大多數情況F,字典法采用查表的形式,表中元素為d…i=l,2,…,n,j=1,2,…,m,n是假設故障的數目,m是測量特性數。

　　故障字典法的優(yōu)點(diǎn)是一次性計算,所需測試點(diǎn)少,幾乎無(wú)需測后計算,因此使用靈活,非凡適用于在線(xiàn)診斷,如在機艙、船艙使用。此法缺點(diǎn)是故障經(jīng)驗有限,存儲容量大,大規模測試困難,目前主要用于單故障和硬故障的診斷。

　　故障字典法按建立字典所依據的特性又可分為直流法、頻域法和時(shí)域法。

　　(一)直流故障字典法。直流故障字典法是利用電路的直流響應作為故障特征、建立故障字典的方法,其優(yōu)點(diǎn)是對硬故障的診斷簡(jiǎn)單有效,相對比較成熟。

　　(二)頻域法。頻域法是以電路的頻域響應作為故障特征、建立故障字典的方法,其優(yōu)點(diǎn)是理論分析比較成熟,同時(shí)硬件要求比較簡(jiǎn)單,主要是正弦信號發(fā)生器、電壓表和頻譜分析儀。

　　(三)時(shí)域法。時(shí)域法是利用電路的時(shí)域響應作為故障特征而建立故障字典的方法。主要有偽噪聲信號法和測試信號設計法(輔助信號法)。當故障字典建立后,就可根據電路實(shí)測結果和故障字典中存儲的數據比較識別故障。

　　三、測后模擬法SAT

　　測后模擬法又稱(chēng)為故障分析法或元件模擬法,是近年來(lái)雖活躍的探究領(lǐng)域,其特征是在電路測試后,根據測量信息對電路模擬,從而進(jìn)行故障診斷。根據同時(shí)可診斷的故障是否受限,SAT又分為任意故障診斷(或參數識別技術(shù))及多故障診斷(或故障證實(shí)技術(shù))。

　　(一)任意故障診斷。此法的原理是利用網(wǎng)絡(luò )響應和元件參數的關(guān)系,根據響應的測量值去識別(或求解)網(wǎng)絡(luò )元件的數值,再根據該值是否在容差范圍之內來(lái)判定元件是否故障。所以此法稱(chēng)為參數識別技術(shù)或元件值的可解性新問(wèn)題,理論上這種方法能查出所有元件的故障,故又稱(chēng)為任意故障診斷。診斷中為了獲取充分的測試信息,需要大量地測試數據。

　　(二)多故障診斷。經(jīng)驗證實(shí),在實(shí)際應用中(高可靠電路),任意故障的可能性很小,單故障概率最高,假如考慮一個(gè)故障出現可能導致另一相關(guān)故障,假定兩個(gè)或幾個(gè)元件同時(shí)發(fā)生的多故障也是合理的。另外對于模擬LSI(LargeScaleIntegration,大規模集成電路)電路加工中的微調,也是以有限參數調整為對象的。因此在1979年以后,SAT法的探究主要朝著(zhù)更實(shí)用化的多故障診斷方向發(fā)展。即假定發(fā)生故障的元件是少數幾個(gè),通過(guò)有限的測量和計算確定故障。因該法是先假定故障范圍再進(jìn)行驗證,所以又稱(chēng)為故障證實(shí)技術(shù)。

　　四、其他方法

　　(一)近似技術(shù)。近似技術(shù)著(zhù)重探究在測量數有限的情況下,根據一定的判別準則,識別出最可能的故障元件,其中包括概率統計法和優(yōu)化法。此法原理和故障字典法十分類(lèi)似,屬于測前模擬的一類(lèi)。采用最小平方準則的聯(lián)合判別法和迭代法,采用加權平方準則的L2近似法,采用范數最小準則的準逆法等。這些方法都屬于測后模擬,由于在線(xiàn)計算量大,運用不多。

　　(二)模糊診斷。對于復雜電路,由于元件容差、電路噪聲以及元件參量和特性之間的非線(xiàn)性,用傳統的電路理論難以獲得精確解和唯一解,出現了模糊現象,而這種模糊現象和隨機現象不同,不便于用統計分析方法來(lái)解決。另外,對于故障診斷來(lái)說(shuō)。往往不要求精確解,只要滿(mǎn)足故障隔離要求即可,于是提出把復雜電路看作模糊系統,用模糊信息處理的方法進(jìn)行故障診斷。模糊診斷的原理是模糊模式識別。測前,利用隸屬度函數按照不同的準則構成判別函數;測后,再利用判別函數判別所測得的特性向量對各種故障狀態(tài)的隸屬度程度。為了提高診斷效率,模糊識別應該具有自學(xué)習和修正功能,最簡(jiǎn)單的方法是根據實(shí)際診斷的結果,以適當的方式、自動(dòng)地修正隸屬度函數或判別函數,以便不斷自我完善。

　　(三)人工智能技術(shù)。近年來(lái),隨著(zhù)人工智能的發(fā)展,診斷自動(dòng)化、智能化的要求逐漸變?yōu)楝F實(shí)。其中基于知識的專(zhuān)家系統(簡(jiǎn)稱(chēng)專(zhuān)家系統)的探究起步最早,目前在診斷中已有成功的應用。模糊理論由于具有處理不確定信息的能力,因此通常和專(zhuān)家系統結合,作為前處理和后處理。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)在診斷中的應用起步較晚,但由于其強大的并行計算能力和自學(xué)習功能及聯(lián)想能力,很適合作故障分類(lèi)和模式識別,因此在診斷中很受歡迎。