基于复数域模型的滤波电路容差与多故障问题研究

发布时间：2020-07-07 21:29

【摘要】：模拟电路故障诊断一直是研究热点,当前对该领域的研究已经很深入,但是解决元件容差影响和多故障隔离的方法依然欠缺。鉴于此,为了提高故障诊断的准确率,本文基于复数域模型,对模拟滤波电路电子元件进行故障建模,研究了多频诊断方法,带容差的单故障诊断,基于遗传算法的测点频率优选以及多故障诊断问题。具体工作如下:1)建立模拟滤波电路故障元件的复数域模型。基于电路分析理论推导复数域模型。激励信号为标准正弦波,在Pspice软件中配置其故障参数扫描域,进行参数扫描,跟踪输出电压的实部和虚部分量,MATLAB进行数据处理得到复数域上的故障模型,存储特征信息完成仿真建模,有相同输出特征的元件构成一个模糊组。2)多频诊断方法研究。通过仿真实验建立圆模型是从二元二次方程中得到,因此在复数域上两个故障圆模型确定的曲线可能产生两个交点,一个表示电路无故障,另一个称作混叠点。因电路的特征函数H(jω)受ω影响,不同的频率下输出的位点不同,从而消除混叠问题。基于此,以锯齿波信号作为激励信号,对输入和输出信号分别作傅里叶变换展开成多个频率下的正弦波,得到不同频率下的传输特征,实现多频诊断。一个频率下存在混叠的曲线,可在另一个频率下区分开。3)容差影响下的单故障诊断研究。在进行多频诊断过程中,考虑容差影响的情况下,增加了故障诊断的模糊性,故障分类结果不便于可视化,因此引入支持向量机进行故障分类。多频诊断可同时获取该测点下不同频率的故障响应特征,增加了故障特征信息的维度,可提高故障分类精度。4)基于遗传算法的测点优选和多目标联合优化。在模拟电路故障诊断领域,通过提取测点的频率特征研究电路的可测性,提高故障诊断效率。但并非所有的测点和频率都有效,且实际上受电路的复杂程度影响可用测点数较少,需要提出选择方法。本文研究基于遗传算法做单目标优化和多目标优化,即实现测点优选和测点频率联合优选,以保证提取最优故障特征,使得故障分类的精度最高。5)多故障诊断研究。现有的多故障诊断方法,如:节点电压增量法,小波与RBF神经网络相结合的方法,k均值模糊聚类等。本文基于复模型,故障诊断数目与测点的关系为:n(+1)(n表示测点数目,m表示故障数目),诊断双故障至少需要2个测点,可同时获取四维故障特征,提高了故障分辨率。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP18;TN710
【图文】：

曲线,网络分析

电子科技大学硕士学位论文第二章复数域模型模拟滤波电路故障诊断的主要工作是在已知电路网络结构、激励信号和故状态响应情况下，完成对故障元件的定位和隔离[2]。以往的诊断方法大多以单一故障特征作为诊断指标，进行故障定位，容易造成故障诊断模糊。本文采用的复域建模方法，激励信号为标准正弦波，在某一固定频率下，分析待测电路的响应且正弦波激励的电路响应也是正弦信号，得到输入输出信号的幅值比和相位差，单测点单频率下可同时获取两个故障特征。由仿真实验得到每个潜在故障元件故障特征，在复数域上汇成一条曲线作为故障字典，为后期的故障诊断做准备。2.1 复数域建模机理a b

曲线,托马斯,滤波电路,二阶

第二章复数域模型虚部跟踪之后的曲线。Pspice 还具备数据保存功能，将仿真生成的数据保存到文本文件中。选择工具栏的“File”下的“Export”，将仿真数据导出，导出格式为“CommaSeparated File (csv file)”，然后点击确定保存。最后由 MATLAB 进行分析处理。2.3.2 故障特征提取模拟滤波电路系统是模拟电路中很常见的功能模块，因此研究滤波电路的故障诊断方法有重要意义。本文通过提取模拟滤波电路的频率特征作为故障特征，研究滤波电路的工作状态。下面以二阶托马斯滤波电路为例，来说明如何提取频率特征建立复数域模型。如图 2-2 所示，激励信号为 5V，1kHz 标准正弦信号，图中t为输出测点，测点位置放置电压探针便于测量输出电压信号。

参数扫描

电子科技大学硕士学位论文虚部构成的二维平面上是一段圆弧（因为实际电路中阻值不可能为负）。假设输入正弦信号表示为 = ∠ ，其中表示幅值，表示初始相位，设输入信号的 = 0。假设有输出信号 = ∠ ，则电路基于复模型的故障特征可以表示为：= ∠( ) (2-17)令 = B，根据欧拉公式上式可表示为：= cos + sin (2-18)

【参考文献】