[发明专利]一种基于故障字典的开关电流电路故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明属于模式识别及电子电路工程领域，具体涉及一种基于故障字典的开关电流电路故障诊断方法。

背景技术

传统的模拟和开关电流电路故障包括灾难性故障(硬故障)和参数性故障(软故障)，灾难性故障指元件的开路和短路失效故障，对电路性能造成极大的影响，这种故障可改变电路的拓扑结构，诊断起来相对容易些。而参数性故障是指电路元件的参数超出预定的容差范围，这类故障不会改变电路的拓扑结构，一般它们未使设备完全失效，但会造成电路性能严重下降。

关于开关电流电路测试和故障诊断方面，由于元器件存在容差、非线性问题和较差的电路故障模型等因素，使开关电流电路和模拟系统故障诊断难度大大增加，使其成为极具挑战性的研究课题。一般来说，元件参数在容差范围内存在随机的偏移，由于容差的普遍存在，导致故障存在模糊性，即故障的可测性变差。从电路故障诊断的实践来看，故障诊断面临的最大困难是元件参数的容差。实际的模拟和开关电流电路往往含有非线性元件，而且大量的非线性问题在线性电路中也常存在，所以在故障诊断时，难免会有庞大的计算量和复杂的计算公式。模拟和开关电流电路中，输入与输出之间的关系较复杂且难以模型化，导致至今仍缺乏有效模型对通用的故障进行诊断。

在开关电流电路故障诊断的诸多方法中，故障字典法由于可诊断条件无严格限制，非常适用于诊断非线性电路和在线故障诊断，实用性较强，越来越受到重视。但是，传统的故障字典法一般只适用于单一硬故障的诊断，对于软故障，由于电路中的容差影响缺少系统而有效的处理方法，所以传统的故障字典法不太适用，传统故障字典法存在较大的局限性。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述问题，本发明提供一种适用范围广的基于故障字典的开关电流电路故障诊断方法。

本发明的技术方案是：其包括以下步骤：

1)采集开关电流电路的电信号，所述电信号为开关电流电路的可测试节点时域响应信号；

2)对采集的电信号做中心化处理；

3)定义电路故障模式；

4)计算电信号的信号熵值；

5)找到信号熵值的模糊集；

6)根据信号熵值和信号熵值的模糊集建立故障字典，利用故障字典对被诊断电路的各种故障进行分类。

所述步骤1)中采集开关电流电路电信号的方法为：用数据采集板在实际电路可测试节点提取时域响应信号，或用ASIZ软件对电路的各种故障状态进行仿真，采集到电路时域响应信号。

所述步骤2)中对采集的电信号做中心化处理的方法为：信号向量x用减去均值的方法进行中心化，即x←x-E{x}。

所述步骤3)中定义电路故障模式的方法为：以诊断六阶切比雪夫低通滤波器软故障为例，假设电路中同时发生故障的晶体管有5个，分别为Mg1，Mf1，Me2，Md1和Mj。当晶体管Mg1跨导值高于或低于它的标称值50％，而其它四个MOS管在其容差范围内变化，这时所得到的故障模式分别为Mg1↑和Mg1↓。所述六阶切比雪夫低通滤波器软故障模式包括Mg1↑，Mg1↓，Mf1↑，Mf1↓，Me2↑，Me2↓，Md1↑，Md1↓，Mj↑，Mj↓。

所述步骤4)中计算电信号的信号熵值的计算公式为：

J(x)≈k₁(E{G¹(x)})²+k₂(E{G²(x)}-E{G²(v)})²；

式中，k₁和k₂是正常数，它们是满足标准正态分布的随机变量；E代表期望值；G¹为奇函数，G²为偶函数，x为电信号对应的变量，v为某个随机变量，其概率密度函数为标准的高斯分布，其中

作为一个简单特例，所述的G¹(x)＝xexp(-x²/2)，G²(x)＝|x|。

所述步骤5)中的找到信号熵值的模糊集的方法是：当开关电流电路中的晶体管跨导值在容差范围内变化时，对应每一种故障模式，运行50次蒙特卡罗(Monto-Carlo)分析，产生50次时域响应，找到信号熵值的的模糊集。

所述步骤6)中的故障字典包括软故障类故障字典和硬故障类故障字典，软故障类故障字典结构包括：故障模式、故障代码、标称值、故障值、实际信号熵值、理想信号熵值和信号熵值的模糊集；硬故障类故障字典结构包括：故障模式、故障代码、实际信号熵值、理想信号熵值和信号熵值的模糊集。