基于相量分析的模拟电路故障诊断方法研究
发布时间：2020-10-10 20:29
模拟电路测试诊断技术在过去几十年取得了巨大发展,但是由于模拟电路的性能对电路变量和激励的变化更加敏感,以及缺乏适当的故障模型、元件参数连续可变、存在元件容差和非线性等因素,模拟电路故障诊断理论和技术的发展仍然滞后于数字电路,因此在数模混合信号系统设计制造等领域,模拟电路部分占用了很大比例的系统测试开发成本,模拟电路的故障诊断技术是近年来极富挑战性的研究热点和难点之一。本文以模拟电路故障诊断方法为研究主线,基于相量分析方法,结合多频电压灵敏度分析、小波分析及支持向量机等理论和技术,研究了模拟电路的故障建模、故障特征提取及多故障优化诊断策略,取得了一些具有一定应用价值的创新成果,对模拟电路故障诊断技术发展进行了有益探讨。1.通过研究复数域相量分析方法及模拟电路斜率故障模型,分析了模拟电路相量圆故障模型,完善了相量圆故障模型的理论推导,给出了基于相量圆故障模型建立故障字典所需参数的准确数学描述,达到了基于少量故障样本仿真数据拟合完整故障模型的效果,极大降低了模拟电路的故障建模复杂度,实现了模拟电路各元件软故障和硬故障的有效故障覆盖。2.针对相量圆故障模型应用于模拟电路诊断时存在的模糊组问题,从理论角度分析了模糊组的形成因素;结合系统冗余设计思想和基于旁路的可测性设计方法,面向相量圆故障模型提出了基于冗余元件旁路的可测性设计方法,有效解决了模拟电路故障诊断中的模糊组辨识问题,简化了故障诊断测试步骤,提高了测试诊断的故障隔离率。3.为了克服元件容差和测量误差对故障诊断效果的影响,分析了相量圆故障模型和斜率故障模型之间的内在联系,研究并提出了多维复数相量空间的模拟电路故障建模方法,通过有效增加故障模型中各元件故障轨迹之间的空间距离,进一步改善了故障隔离率等可测性指标。还初步探讨了基于多维向量空间建立模拟电路多故障模型的方法,为模拟电路多故障建模和诊断提供了新的思路。4.以数理统计和主成分分析方法为理论基础,研究了总体正态分布的马氏距离计算方法,给出了基于信息熵和主成分方差贡献率的马氏距离加权算法,在此基础上结合相量分析方法,以测点响应信号的实部和虚部作为单独的样本数据,改进了模拟电路故障特征提取策略,实现了模拟电路硬故障和软故障的特征提取,并取得了较为良好的效果。5.为了解决模拟电路多故障诊断问题,研究了多频激励的模拟电路故障诊断策略。首先研究了不同频率激励信号依次作用于电路时,测点电压实部和虚部变化量与元件参数变化量之间的灵敏度关系,给出了基于单测点多频电压灵敏度建立故障字典的方法。其次研究了周期脉冲信号激励下,基于小波包分解方法提取模拟电路故障特征的方法;提出了基于混合杂草算法优化支持向量机核心参数的方法,结合小波包分解技术实现了模拟电路多故障诊断,取得了良好的故障诊断准确率。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TN710
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 故障诊断发展历程与现状
1.2.1 故障诊断发展回顾
1.2.2 国外故障诊断研究现状
1.2.3 国内故障诊断研究现状
1.3 故障诊断研究的发展趋势
1.4 论文研究内容与结构安排
1.4.1 论文研究思路与主要内容
1.4.2 论文结构安排
第二章 基于相量法的模拟电路故障建模
2.1 相量分析与可测性指标
2.1.1 相量法基础
2.1.2 可测性指标参数
2.1.2.1 故障覆盖与故障检测率
2.1.2.2 故障隔离率
2.1.2.3 模糊组与模糊度
2.2 基于相量法的斜率故障模型
2.2.1 模拟线性电阻电路的斜率故障模型
2.2.2 复数域斜率故障模型
2.2.3 复数斜率故障模型实例
2.3 模拟电路的相量圆故障模型
2.3.1 单一激励的相量圆故障模型
2.3.1.1 电阻元件失效的相量圆故障模型
2.3.1.2 动态元件失效的相量圆故障模型
2.3.2 多激励的相量圆故障模型
2.3.2.1 多激励的电压相量圆模型
2.3.2.2 多激励的电流相量圆模型
2.3.3 基于相量法的建模流程与复杂度分析
2.4 相量圆模型实例
2.4.1 巴特沃斯滤波器相量圆模型
2.4.1.1 巴特沃斯滤波器故障模型仿真
2.4.1.2 故障覆盖与模糊组
2.4.2 Tow-Thomas双二阶滤波器基准电路
2.4.2.1 相量圆模型仿真
2.4.2.2 相量圆模型的特殊轨迹分析
2.4.2.3 相量圆模型拟合与模糊组
2.4.3 元件容差与故障诊断
2.4.3.1 容差条件下的相量圆模型
2.4.3.2 基于相量圆半径比对的故障诊断方法
2.4.3.3 故障诊断实例
2.5 本章小结
第三章 基于相量圆模型的可测性设计方法
3.1 基于相量圆模型的BYPASSING设计
3.1.1 Bypassing与可测性设计
3.1.1.1 单个电容支路的Bypassing
3.1.1.2 RC串联支路的Bypassing
3.1.1.3 RC并联支路的Bypassing
3.1.1.4 电路单元的Bypassing设计
3.1.2 基于Bypassing的模糊组识别
3.1.2.1 基于相量法的Bypassing规则描述
3.1.2.2 基于相量法建模与诊断流程的完善
3.1.2.3 基于Bypassing的模糊组识别实例
3.2 基于冗余设计和BYPASSING的可测性设计
3.2.1 元件参数灵敏度与模糊组
3.2.2 基于无源衰减器的特例
3.2.2.1 基于相量圆模型的故障诊断
3.2.2.2 诊断结论冲突的理论分析
3.2.3 基于冗余设计的DFT
3.2.3.1 冗余设计技术及其改进
3.2.3.2 基于冗余设计的DFT
3.2.3.3 冗余元件参数选择
3.3 DFT实例验证与对比分析
3.3.1 Tow-Thomas基准电路的DFT
3.3.2 Leapfrog基准电路的DFT
3.3.3 DFT算法对比分析
3.4 本章小结
第四章 多维相量空间的故障建模方法研究
4.1 相量圆故障模型与斜率故障模型的相关性
4.1.1 基于电压增量的相量圆故障模型
4.1.1.1 电阻元件失效的电压增量相量圆故障模型
4.1.1.2 动态元件失效的电压增量相量圆故障模型
4.1.1.3 电压增量相量圆故障模型的特性
4.1.2 电压增量相量圆模型与斜率模型的关系
4.2 面向三维复数相量空间的故障建模方法
4.2.1 模拟电路 3D故障模型
4.2.2 3D建模实例
4.2.3 3D建模算法仿真与对比分析
4.3 相量空间的多故障建模方法
4.4 本章小结
第五章 基于马氏距离的故障特征提取方法
5.1 样本统计分析与距离判别分析
5.1.1 故障特征提取技术概述
5.1.2 基于样本距离的判别分析法
5.1.2.1 欧氏距离
5.1.2.2 马氏距离
5.1.2.3 欧氏距离与马氏距离的关联
5.2 基于马氏距离的模拟电路故障特征提取
5.2.1 总体正态分布的马氏距离
5.2.1.1 正态同协方差矩阵的马氏距离
5.2.1.2 正态协方差矩阵不等的马氏距离
5.2.2 加权马氏距离
5.2.2.1 基于信息熵的加权马氏距离
5.2.2.2 基于主成分方差贡献率的加权马氏距离
5.2.2.3 算法流程与复杂度分析
5.3 基于马氏距离的故障特征提取实例
5.3.1 软故障特征提取实例
5.3.2 硬故障特征提取实例
5.4 本章小结
第六章 模拟电路多故障诊断策略的研究
6.1 多测点电压灵敏度诊断策略
6.1.1 电路灵敏度分析
6.1.2 多测点电压灵敏度故障字典
6.2 多频电压灵敏度诊断策略
6.2.1 多测点电压灵敏度故障字典法
6.2.2 诊断方法改进与电路仿真
6.3 基于脉冲激励的诊断策略
6.3.1 傅里叶级数与小波特征提取
6.3.2 基于HIWO优化的SVM
6.3.2.1 支持向量机及核函数
6.3.2.2 杂草优化算法
6.3.2.3 基于混沌的杂草种群初始化
6.3.2.4 HIWO-SVM故障诊断方法
6.3.3 实例验证与对比分析
6.4 本章小结
第七章 结束语
7.1 论文工作总结
7.2 研究展望
致谢
参考文献
攻博期间取得的研究成果
本文编号：2835546
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TN710
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 故障诊断发展历程与现状
1.2.1 故障诊断发展回顾
1.2.2 国外故障诊断研究现状
1.2.3 国内故障诊断研究现状
1.3 故障诊断研究的发展趋势
1.4 论文研究内容与结构安排
1.4.1 论文研究思路与主要内容
1.4.2 论文结构安排
第二章 基于相量法的模拟电路故障建模
2.1 相量分析与可测性指标
2.1.1 相量法基础
2.1.2 可测性指标参数
2.1.2.1 故障覆盖与故障检测率
2.1.2.2 故障隔离率
2.1.2.3 模糊组与模糊度
2.2 基于相量法的斜率故障模型
2.2.1 模拟线性电阻电路的斜率故障模型
2.2.2 复数域斜率故障模型
2.2.3 复数斜率故障模型实例
2.3 模拟电路的相量圆故障模型
2.3.1 单一激励的相量圆故障模型
2.3.1.1 电阻元件失效的相量圆故障模型
2.3.1.2 动态元件失效的相量圆故障模型
2.3.2 多激励的相量圆故障模型
2.3.2.1 多激励的电压相量圆模型
2.3.2.2 多激励的电流相量圆模型
2.3.3 基于相量法的建模流程与复杂度分析
2.4 相量圆模型实例
2.4.1 巴特沃斯滤波器相量圆模型
2.4.1.1 巴特沃斯滤波器故障模型仿真
2.4.1.2 故障覆盖与模糊组
2.4.2 Tow-Thomas双二阶滤波器基准电路
2.4.2.1 相量圆模型仿真
2.4.2.2 相量圆模型的特殊轨迹分析
2.4.2.3 相量圆模型拟合与模糊组
2.4.3 元件容差与故障诊断
2.4.3.1 容差条件下的相量圆模型
2.4.3.2 基于相量圆半径比对的故障诊断方法
2.4.3.3 故障诊断实例
2.5 本章小结
第三章 基于相量圆模型的可测性设计方法
3.1 基于相量圆模型的BYPASSING设计
3.1.1 Bypassing与可测性设计
3.1.1.1 单个电容支路的Bypassing
3.1.1.2 RC串联支路的Bypassing
3.1.1.3 RC并联支路的Bypassing
3.1.1.4 电路单元的Bypassing设计
3.1.2 基于Bypassing的模糊组识别
3.1.2.1 基于相量法的Bypassing规则描述
3.1.2.2 基于相量法建模与诊断流程的完善
3.1.2.3 基于Bypassing的模糊组识别实例
3.2 基于冗余设计和BYPASSING的可测性设计
3.2.1 元件参数灵敏度与模糊组
3.2.2 基于无源衰减器的特例
3.2.2.1 基于相量圆模型的故障诊断
3.2.2.2 诊断结论冲突的理论分析
3.2.3 基于冗余设计的DFT
3.2.3.1 冗余设计技术及其改进
3.2.3.2 基于冗余设计的DFT
3.2.3.3 冗余元件参数选择
3.3 DFT实例验证与对比分析
3.3.1 Tow-Thomas基准电路的DFT
3.3.2 Leapfrog基准电路的DFT
3.3.3 DFT算法对比分析
3.4 本章小结
第四章 多维相量空间的故障建模方法研究
4.1 相量圆故障模型与斜率故障模型的相关性
4.1.1 基于电压增量的相量圆故障模型
4.1.1.1 电阻元件失效的电压增量相量圆故障模型
4.1.1.2 动态元件失效的电压增量相量圆故障模型
4.1.1.3 电压增量相量圆故障模型的特性
4.1.2 电压增量相量圆模型与斜率模型的关系
4.2 面向三维复数相量空间的故障建模方法
4.2.1 模拟电路 3D故障模型
4.2.2 3D建模实例
4.2.3 3D建模算法仿真与对比分析
4.3 相量空间的多故障建模方法
4.4 本章小结
第五章 基于马氏距离的故障特征提取方法
5.1 样本统计分析与距离判别分析
5.1.1 故障特征提取技术概述
5.1.2 基于样本距离的判别分析法
5.1.2.1 欧氏距离
5.1.2.2 马氏距离
5.1.2.3 欧氏距离与马氏距离的关联
5.2 基于马氏距离的模拟电路故障特征提取
5.2.1 总体正态分布的马氏距离
5.2.1.1 正态同协方差矩阵的马氏距离
5.2.1.2 正态协方差矩阵不等的马氏距离
5.2.2 加权马氏距离
5.2.2.1 基于信息熵的加权马氏距离
5.2.2.2 基于主成分方差贡献率的加权马氏距离
5.2.2.3 算法流程与复杂度分析
5.3 基于马氏距离的故障特征提取实例
5.3.1 软故障特征提取实例
5.3.2 硬故障特征提取实例
5.4 本章小结
第六章 模拟电路多故障诊断策略的研究
6.1 多测点电压灵敏度诊断策略
6.1.1 电路灵敏度分析
6.1.2 多测点电压灵敏度故障字典
6.2 多频电压灵敏度诊断策略
6.2.1 多测点电压灵敏度故障字典法
6.2.2 诊断方法改进与电路仿真
6.3 基于脉冲激励的诊断策略
6.3.1 傅里叶级数与小波特征提取
6.3.2 基于HIWO优化的SVM
6.3.2.1 支持向量机及核函数
6.3.2.2 杂草优化算法
6.3.2.3 基于混沌的杂草种群初始化
6.3.2.4 HIWO-SVM故障诊断方法
6.3.3 实例验证与对比分析
6.4 本章小结
第七章 结束语
7.1 论文工作总结
7.2 研究展望
致谢
参考文献
攻博期间取得的研究成果
本文编号：2835546
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2835546.html
