張永生

摘要：模擬電路智能故障診斷技術(shù)一直發(fā)展比較緩慢。文章從模擬電路智能故障診斷技術(shù)的現(xiàn)狀分析入手，具體探討了現(xiàn)代模擬電路故障診斷的理論方法。

關(guān)鍵詞：模擬電路；智能故障診斷；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TN710文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2012）04-0118-02

上世紀(jì)70年代開(kāi)始，模擬電路故障診斷理論第一次被提出來(lái)，如今已發(fā)展成為一門(mén)系統(tǒng)的學(xué)科。但是，雖然模擬電路的使用時(shí)間已經(jīng)有一段歷史，其模擬電路故障診斷技術(shù)卻發(fā)展一直比較緩慢。以下筆者就從模擬電路智能故障的特點(diǎn)入手，對(duì)模擬電路智能故障診斷技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)探討。

一、模擬電路智能故障的特點(diǎn)分析

現(xiàn)將模擬電路故障的特點(diǎn)分析如下：

（一）模擬電路信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別

模擬電路信號(hào)與數(shù)字信號(hào)有很大的不同：前者信號(hào)的大小是隨時(shí)間連續(xù)變化的量，包含的物理量屬于連續(xù)函數(shù)，其故障模式及模型難以用簡(jiǎn)單的量化來(lái)描述。

（二）模擬電路元器件的特性

由于模擬電路中的元器件參數(shù)本身存在容差，導(dǎo)致了導(dǎo)致功能性故障的故障物理位置難以確定，存在較大的模糊性（“容差”的實(shí)質(zhì)就是元器件本身存在的輕微故障）。

（三）模擬電路中存在的問(wèn)題

在模擬電路中，存在反饋電路和非線性問(wèn)題，增加了計(jì)算和測(cè)試的復(fù)雜性。

（四）模擬電路的使用范圍

模擬電路的頻率范圍比較寬，這就決定了其使用設(shè)備的差異性。有時(shí)，即使測(cè)量同一個(gè)信號(hào)，但是在不同的頻段上所使用的設(shè)備都會(huì)出現(xiàn)很大的差距，決定了其設(shè)備較大差異性的特點(diǎn)。

（五）模擬電路的故障問(wèn)題

由于現(xiàn)在電路中，可測(cè)試的節(jié)點(diǎn)數(shù)一般都比較少（電路通常是封裝或者多層的緣故），導(dǎo)致判斷故障信息的數(shù)量不夠多、信息不夠充分，加大了故障判斷的難度。

二、模擬電路故障診斷技術(shù)現(xiàn)狀分析

近幾年，電子技術(shù)得到了飛速發(fā)展，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子技術(shù)運(yùn)用而成，并隨著集成度的不斷增大，電路的復(fù)雜程度日益提高。

一般而言，故障辨識(shí)、故障檢測(cè)及故障隔離是電路故障診斷的主要內(nèi)容。由于診斷原理的多樣性，導(dǎo)致了電路故障診斷方法也存在多樣性。

本文根據(jù)故障診斷的角度出發(fā)，對(duì)現(xiàn)行電路故障診斷的方法進(jìn)行了分類。以下就現(xiàn)代模擬電路故障診斷的方法進(jìn)行具體探討。

（一）專家系統(tǒng)故障診斷分析

專家系統(tǒng)在人工智能技術(shù)中，屬于應(yīng)用比較廣泛和活躍的故障診斷技術(shù)之一。專家系統(tǒng)故障診斷的工作過(guò)程可以描述為以下幾個(gè)步驟：首先，應(yīng)該具備故障診斷專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)，這個(gè)知識(shí)庫(kù)的內(nèi)容主要是將相關(guān)診斷經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)，使用一定的規(guī)則組合起來(lái)而形成，以備以后程序使用；然后，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)故障診斷系統(tǒng)將由報(bào)警系統(tǒng)得到相關(guān)信息，應(yīng)用知識(shí)庫(kù)對(duì)其進(jìn)行推理，由此得出出現(xiàn)的故障的原因。

以上診斷過(guò)程可以理解為：專家系統(tǒng)故障診斷技術(shù)是模擬行業(yè)專家進(jìn)行診斷及決策的過(guò)程，主要可以解決一些比較復(fù)雜的故障問(wèn)題。

但是，由于這些技術(shù)存在一定的缺陷，在一定程度上限制了其推廣使用。

（二）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分析

人工智能技術(shù)的另一個(gè)重要分支是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

在故障診斷中，它的主要優(yōu)勢(shì)在于：其特別適合處理那些具有復(fù)雜非線性關(guān)系的、無(wú)法用顯性公式表示的情況，并能夠有力解決非線性、反饋回路和容差等引起的問(wèn)題，上述這些情況都是傳統(tǒng)模式識(shí)別方法難以解決的。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越受到人們的廣泛重視。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）它以利用網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和權(quán)值分布實(shí)現(xiàn)非線性的映射，以分布的方式存儲(chǔ)信息；（2）它可以實(shí)現(xiàn)非線性信息變化問(wèn)題，這個(gè)主要是通過(guò)全局并行處理來(lái)實(shí)現(xiàn)的信息變化。其可以有效的解決故障診斷中故障知識(shí)獲取這個(gè)“瓶頸”問(wèn)題，以及“組合爆炸”等問(wèn)題；（3）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還具有聯(lián)想記憶、并行分布處理以及自適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

以上的這些優(yōu)點(diǎn)為智能故障診斷的研究開(kāi)辟了一條新途徑?；谝陨系姆治?，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)相結(jié)合，使其相互補(bǔ)充，各自揚(yáng)長(zhǎng)避短，是故障診斷領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)話題。

（三）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)

從邏輯方面來(lái)講，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)和傳統(tǒng)專家系統(tǒng)是完全不同的。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)是一類新的知識(shí)表達(dá)體系，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)中的信息處理是由大量簡(jiǎn)單處理元件之間進(jìn)行相互作用，從而進(jìn)行信息處理的，屬于低層數(shù)值模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)可以將數(shù)值運(yùn)算和邏輯推理結(jié)合，并利用相關(guān)的信息處理功能來(lái)解決診斷系統(tǒng)中的相關(guān)問(wèn)題。

在這種技術(shù)中，通過(guò)學(xué)習(xí)將專家知識(shí)存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)中，由此進(jìn)行不精確的故障診斷，可以較好的完成相關(guān)推理過(guò)程。

（四）小波分析方法

小波分析法時(shí)一種時(shí)-頻分析方法。它的主要原理通過(guò)以下闡述：

小波變換及小波函數(shù)的多樣性。

小波是函數(shù)空間中滿足下述條件的一個(gè)函數(shù)或者信號(hào)：

式中：表示非零實(shí)數(shù)全體，是傅里葉變換，為小波母函數(shù)。

對(duì)于實(shí)數(shù)對(duì)（a，b），參數(shù)a為非零實(shí)數(shù)，函數(shù)

稱為由小波母函數(shù)生成的依賴于參數(shù)對(duì)（a，b）的連續(xù)小波函數(shù)，簡(jiǎn)稱小波。其中：a稱為伸縮因子：b稱為平移因子。

對(duì)信號(hào)f（x）的連續(xù)小波變換則定義為：

其逆變換（回復(fù)信號(hào)或重構(gòu)信號(hào)）為：

信號(hào)f（x）的離散小波變換定義為：

其逆變換（恢復(fù)信一號(hào)或重構(gòu)信號(hào)）為：

其中：C是一個(gè)與信號(hào)無(wú)關(guān)的常數(shù)。

由上述原理可知，小波函數(shù)具有多樣性。

（五）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)小波分析方法

將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與小波分析相結(jié)合的方法主要有兩個(gè)：

1．以輔助式結(jié)合的形式組合。在這種結(jié)合中，一般是利用小波分析技術(shù)對(duì)相應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行預(yù)先處理，然后，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)與判別。

2．以嵌套式結(jié)合的方式進(jìn)行組合。這種結(jié)合中，主要是把小波分析方法融入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，形成新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一小波分析或小波網(wǎng)絡(luò)。這種新的網(wǎng)絡(luò)方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)：具有自適應(yīng)分辨功能和很好的容錯(cuò)性。

由上面分析可以得出，這種新的故障診斷鑒別方法是故障診斷領(lǐng)域的一個(gè)新方法，它不僅可以拓寬小波分析方法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，而且為故障診斷技術(shù)開(kāi)辟了新道路，使得故障診斷技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。

三、結(jié)語(yǔ)

由于現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，模擬電路故障診斷系統(tǒng)將會(huì)變得越來(lái)越復(fù)雜，如何保證模擬電路系統(tǒng)可以運(yùn)行的更加可靠是一個(gè)值得深入探討的問(wèn)題。模擬電路出現(xiàn)故障后，如能及時(shí)將相應(yīng)的故障診斷清楚，并保證及時(shí)維修更換，無(wú)疑可以提高生產(chǎn)效率，提高成品的合格率，進(jìn)而推動(dòng)模擬電路系統(tǒng)向更好的方向

發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：劉 艷）