【正文】 輸出響應(yīng)，估出網(wǎng)絡(luò)中的所有參數(shù)，或參數(shù)偏離標(biāo)稱值的偏差，最后對比容差范圍確定故障器件，該方法尤其適用于診斷軟故障。而它又可根據(jù)識別參數(shù)分類為元件值識別及元件值增量識別。 故障驗證法的做法主要是：猜測網(wǎng)絡(luò)中的故障元件，然后猜測出易發(fā)生的某個元件集合，再在對應(yīng)的集合中激勵信號，以及可及節(jié)點取得的測量數(shù)據(jù)，依據(jù)一定的判斷數(shù)據(jù)去驗證猜測的正確性 [3]。假設(shè)猜測正確，就可找到對應(yīng)的故障元器件。這種方法要求模擬電路滿足可測的條件。 （ 2）現(xiàn)代故障診斷技術(shù) 現(xiàn)代故障診斷技術(shù)主要是指以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代表的故障診斷方法。下面我們了解下今年來比較有影響力的故障診斷的做法。 20xx 年， Farzan Aminian 等人主要是針對小波變換的思想，構(gòu)造出模擬電路的輸出信號，然后對這些信號進行一系列的預(yù)處理，提取小波處理后的逼近信號，進行主元分析，即 PCA 和歸一化處理，最后將前面的處理數(shù)據(jù)應(yīng)用到到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并進行故障診斷，這樣的診斷方法正確率可達到百分之九十五以上 [4]。然而上述方法僅僅利用了分解信號后的低頻部分并不能全部顯示，這樣也就出現(xiàn)了部分故障難以診 斷的問題，需要改進。因此， 20xx年， He Y 等人在上述做法的理論上，加入低頻和高頻的數(shù)據(jù)，從而增加了診斷的全面性，而且構(gòu)造小波網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)故障進行診斷，使得診斷準(zhǔn)確率提升到百分之九十九以上。但是，這種小波網(wǎng)絡(luò)也存著著一個問題，就是會隨著樣本數(shù)據(jù)維數(shù)的增加，網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)將變得龐大，計算工作量，網(wǎng)絡(luò)的運行時間等，變得越來越難以接受。 20xx 年， Y． Tan 等人提出了應(yīng)用遺傳算法及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來進行故障診斷，但是也要采集多個測試點的數(shù)據(jù)，這樣就會出現(xiàn)獲取樣本數(shù)據(jù)的復(fù)雜難題。到了 20xx 年， Lifen Yuant 等人的做法 是在一定頻域內(nèi)，對故障信號處理，運用提取器提取兩種故障特征，將特征通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行模擬輸出。 Lifen 寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 Yuant 等人的做法在通過減少輸入個數(shù)簡化了網(wǎng)絡(luò)，也增加了診斷的準(zhǔn)確性，但不足的是沒有驗證多組特征的情況下的故障診斷。 本文主要的研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排 利用 Multisim 仿真軟件建立電路模型，對 sallenKey 低通濾波器及四運放雙二階高通濾波器進行分析，得出易出故障器件的故障值，并對故障進行分析，確定故障類型，然后對故障數(shù)據(jù)進行整理和計算。并用 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法建立 sallenKey低通濾波器及四運放雙二階高通濾波器的故障診斷系統(tǒng)。根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作原理，設(shè)計BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。用 matlab 對過程進行編程仿真，并進行調(diào)試，得出輸出的期望值與實際值及正確百分比 。 本文共分為五章， 第一章 介紹了模擬電路故障診斷研究的背景與意義以及研究現(xiàn)狀和本文研究內(nèi)容的主要內(nèi)容及其結(jié)構(gòu)安排。 第二章 闡述了診斷電路硬件設(shè)計的基本知識。 第三章 運用 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行故障診斷的基本思想和系統(tǒng)設(shè)計。 第四章 運用 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行故障診斷的基本思想和系統(tǒng)設(shè)計。 第五章 總結(jié)與展望，給出了本論文研究的結(jié)論并說明了 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究的不足，并展望了故障診斷研究的后續(xù)工作。 電子電路故障診斷系統(tǒng)設(shè)計 4 2 診斷電路和故障特征提取 模擬電路故障設(shè)定的基本思想 本文主要針對電路的一個故障考慮，不考慮多個故障同時出現(xiàn)的情況。很多時候我們依靠傳統(tǒng)的笨拙的方法只能進行硬故障診斷，而不能有效的對出現(xiàn)的軟故障給予一定的診斷保障，然而在這樣一個電器自動化高速發(fā)展的年代，又不得不提高故障診斷的效果，只有這樣才能保證電路正常運行，才能更好 地服務(wù)于民。由此可見，對付軟故障診斷是亟需解決的難題，其對電路系統(tǒng)的影響很大，本文主要就是研究 SallenKey 低通濾波器以及四運放雙二階高通濾波器電路軟故障的診斷。 在 濾波 電路中，電阻和電容的容差分別為 5％和 10％。給電路施加脈沖激勵，進行仿真時，設(shè)定電阻和電容在各自的容差范圍內(nèi)變化，則認(rèn)為電路為無故障狀態(tài)。當(dāng)電路中的任何一個元件高于 50%，或低于 50％，而其它元件均在 50%之內(nèi)浮動時，對電路進行仿真并獲得在某個特定時間段的模擬波形，然后記錄下對應(yīng)波形下的故障值，用 multisim 軟件對正常波形也在上述 某個特定時間段進行波形模擬，得出正常情況和故障情況的波形對比[4]。 現(xiàn)在我們借用例子直觀的來說明設(shè)定故障值的做法，在一具備多個元器件組成的模擬電路中，其中有元器件電容 C1=5nF，容差為 10%，我們只考慮 C1 超出容差，其它值均在容差范圍內(nèi)變動而不超過容差的 10%，下面三種情況根據(jù) 177。 50％ 列出了 C1 在不同范圍內(nèi)變動的故障模式，即： (1) 當(dāng) C1 在 4nF 和 6nF 變化時，可以認(rèn)定是正常變動值，此時即為正常模式； (2) 當(dāng) C1 在 和 4nF 變化時，這種情況的值是在標(biāo)稱值的 50％內(nèi)變化，稱之為C1 偏小故障 模式，即 C1↓ ； (3) 當(dāng) C1 在 6 nF和 nF 變化時，這種情況下的值均大于正常值，然而是在標(biāo)稱值的 +50％內(nèi)變化，稱之為 C1 偏大故障模式，即 C1↑ 。 兩種診斷電路的故障設(shè)定 本文主要研究 SallenKey 低通濾波器和四運放雙二階高通濾波器的故障診斷，所以以下主要對兩種電路進行簡單的概述。 寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 SallenKey低通濾波器故障設(shè)定 圖 SallenKey 低通濾波器 圖 所示 SallenKey 低通濾波器，其中心頻率為 25kHz。在濾波器電路中，電阻的容差為 5%， 電容的容差為 10%。給電路施加脈沖激勵進行仿真時，設(shè)定電阻和電容在各自的容差范圍內(nèi)變化，則認(rèn)為電路為無故障狀態(tài)。 當(dāng)電路中的任何一個元件高于 50%，或低于 50％，而其它元件均在 50%之內(nèi)浮動時，對電路進行仿真并獲得在某個特定時間段的模擬波形，然后記錄下對應(yīng)波形下的故障值，用 multisim 軟件對正常波形也在上述某個特定時間段進行波形模擬，得出正常情況和故障情況的波形對比 。 下面我們用 multisim 軟件模擬電路，對正常電路和故障電路的波形限定在某個特定時間段，保證其波形對比的直觀，以獲得故障數(shù)值。 （ 1) 當(dāng) 各元件均為正常值， t1=,t2= 時，模擬波形圖如圖 電子電路故障診斷系統(tǒng)設(shè)計 6 圖 正常電路波形 (2) 當(dāng) C1 減小到 ,t1=， t2= 時，模擬出的波形如圖如圖 圖 C1 減小到 的波形 (3) 當(dāng) C2 增加到 10nF， t1=， t2= 時，其波形如圖 寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 圖 C1 增加到 10nF 時模擬波形 這樣不斷的更改元器件的數(shù)值，并通過 mutisim 模擬得出了電路的 9 種故障類別即：即 C1↑ ,C1↓ ,C2↑ ,C2↓ ,R3↑ ,R3↓ ,R4↑ ,R4↓故障和無故障類別 (NF)，這里↑和↓分別表示故障值高于和低于各自正常值的 50％時所對應(yīng)的故障狀態(tài)，把每種故障狀態(tài)分別定義為 SF0,SF1,SF2,SF3,SF4,SF5,SF6,SF7,SF8。表 給出了 SallenKey 低通濾波器元件的正常值，故障值以及故障類別。 表 SallenKey 低通濾波器的元件值及其單故障類型 故障代碼 故障類別 正常值 故障值 SF0 NF SF1 C1↑ 5n 10n SF2 C1↓ 5n SF3 C2↑ 5n 10n SF4 C2↓ 5n SF5 R2↑ 1k 2k SF6 R2↓ 1k SF7 R3↑ 2k 6k SF8 R3↓ 2k 1k 電子電路故障診斷系統(tǒng)設(shè)計 8 四運放雙二階高通濾波器故障設(shè)定 圖 所示四運放雙二階高通濾波器，其截至頻率為 10KHz，其電路元件容差的設(shè)定同上例相同。 故障類別包括 C1↑ ,C1↓ ,C2↑ ,C2↓ ,R1↑ ,R1↓ ,R2↑ ,R2↓ ,R3↑ ,R3↓ ,R4↑ ,R4↓ ,和故障狀態(tài)（ NF），其中↑和↓表示情形同表 。 圖 四運放雙二階高通濾波器 同樣地，下面我們用 multisim 軟件對正常電路和故障電路進行模擬，以獲得故障數(shù)值。 （ 1) 當(dāng)各元器件均為正常值， t1=， t2= 時，模擬波形為圖 寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 正常電路波形 （ 2) 當(dāng) C1 增大到 20F， t1=， t2= 時，模擬波形如圖 示 圖 C1 增大到 20nF 的波形 （ 3) 當(dāng) C2 增大 20nF 時的波形， t1=， t2= 時，波形如圖 所示 電子電路故障診斷系統(tǒng)設(shè)計 10 圖 C2 增大到 20nF 時的波形圖 同理，我們可以模擬出其它組元件及減小的故障數(shù)據(jù)， 表 給出了上述幾種幾種元件的故障值及正常情況下對應(yīng)的故障類別。在表 和 中， n 就是 nF， k 就是 k? 。 表 四運放雙二階高通濾波器的元件值及其單故障類別 故障代碼 故障類別 正常值 故障值 SF0 NF SF1 C1↑ 5n 20n SF2 C1↓ 5n SF3 C2↑ 5n 20n SF4 C2↓ 5n SF5 R1↑ 15k SF6 R1↓ 3k SF7 R2↑ 18k SF8 R2↓ 2k SF9 R3↑ 12k SF10 R3↓ SF11 R4↑ SF12 R4↓ 寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 診斷電路的特征向量的提取 首先我們先事先獲取的故障從 Multisim 中提取出特征值，并將每種故障提取的數(shù)據(jù)分為 20 組，然后我們?nèi)∑?20 組的最大值，最小值，平均值，標(biāo)準(zhǔn)差，偏度，峭度六種指標(biāo)，簡單介紹下六種數(shù)據(jù) 指標(biāo) [5]。 （ 1） 最大值（ max）：是指一組數(shù)中的最大的數(shù)。 （ 2） 最小值（ min）：是指一組數(shù)中的最小的值。 （ 3） 平均值（ mean）：這里取的是算術(shù)平均值， ix 為第 i 個樣本數(shù)據(jù)。公式為 21 所示： 11 n iixxn ?? ? （ ） （ 4） 標(biāo)準(zhǔn)差（ var）：反映一組數(shù)據(jù)離散程度最常用的一種量化形式，是表示精密度的重要指標(biāo)，其公式為： 21(x )n iixn? ??? ? （ ） （ 5）偏度（ skewness）：是統(tǒng)計分布偏斜方向和程度的度量，是統(tǒng)計數(shù)據(jù)分布非對稱程度的數(shù)字特征，其公式如下，其中 ix 是第 i 個樣本， ? 是樣本標(biāo)準(zhǔn)差。 33(x )(n 1)(n 2)inxSK ??? ??? （ ） （ 6）峭度（ kurtosis）：反映振動信號分布特性的數(shù)值統(tǒng)計量，是歸一化的 4 階中心矩。公式如下，其中 x（ t）為瞬時振幅， x 為振幅均值， p（ x）為概率密度， ? 是樣本標(biāo)準(zhǔn)差 [6]。 44[ x( t) ] p( x) dxxK????? ?? ? () 按照上述介紹的六種指標(biāo)將數(shù)值提取后，將這 20 組數(shù)據(jù)的 20 組指標(biāo)放入同一矩陣中，這樣我們就有了輸入模式，而我取得電路故障是 4 種情況加一種正常情況共是 5 種情況，這樣輸入數(shù)據(jù)就是一個 6 行 100 列的矩陣。以下是正常情況下得