模擬電路性能減弱問題檢測(cè)與診斷策略探討

彭麗君

（天門職業(yè)學(xué)院，湖北 天門431700）

1 概述

在20 世紀(jì)60 年代初期，國外著名學(xué)者伯科維茨首次發(fā)表了網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的可解性研究報(bào)告，從那以后電子領(lǐng)域大批的學(xué)者與專家投入到模擬電路故障診斷方面的研究工作上，取得了較大的研究成果，并先后提出多種診斷方法?，F(xiàn)階段針對(duì)模擬電路故障診斷方面世界上普遍認(rèn)同的方法有兩種，分別是測(cè)前模擬法以及測(cè)后模擬法[1]。其中，測(cè)前模擬法主要表示為正式測(cè)試工作開始前進(jìn)行的故障仿真模擬，并在測(cè)試過程中獲得故障對(duì)比表，再以該對(duì)比表為基礎(chǔ)對(duì)測(cè)試獲得的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行復(fù)核，以此來獲得較為準(zhǔn)確的故障信息，該類模擬法中較為經(jīng)典且應(yīng)用普遍的方法為故障字典法。測(cè)后模擬法是在完成電路測(cè)試后，根據(jù)取得的數(shù)據(jù)信息開展模擬分析工作，并獲取診斷數(shù)據(jù)與結(jié)果，該類模擬法中較為經(jīng)典的方法為參數(shù)分析法以及故障檢驗(yàn)法[2]?，F(xiàn)階段針對(duì)模擬電路診斷方面的研究主要傾向于故障檢測(cè)以及定位，但是對(duì)故障參數(shù)辨別方面的研究不多。為了解決彌補(bǔ)這樣的空缺，本文從單一故障以及多故障診斷兩個(gè)方面對(duì)退化型故障進(jìn)行定位以及參數(shù)辨別，為提高模擬電路性能減弱問題檢測(cè)與診斷水平提供幫助。

2 模擬電路問題概述

本文研究的模擬電路性能減弱性故障主要是指由于元件參數(shù)出現(xiàn)漂移造成的電路功能性障礙[3]。該電路不僅能夠增添測(cè)試信號(hào)，同時(shí)還可以對(duì)電路中的響應(yīng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，并將這些節(jié)點(diǎn)稱為可及測(cè)試點(diǎn)，簡稱為測(cè)試點(diǎn)。

假如研究的模擬電路L 中總共涵蓋了m 個(gè)需要檢測(cè)的元件Rm以及n 個(gè)測(cè)試點(diǎn)，其中m 大于1，n 數(shù)量介于1 和m 之間。此外假設(shè)在h 節(jié)點(diǎn)以及f 節(jié)點(diǎn)之間只存在一個(gè)電路元件Rhf，其中h 與f 的數(shù)值不相等，并且均大于1。在進(jìn)行模擬電路故障檢測(cè)前，已經(jīng)明確了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及所有元件參數(shù)數(shù)值，設(shè)定激勵(lì)源形式為電流源。假如模擬電路中m′個(gè)元件出現(xiàn)了漂移故障，其中m′介于1 和m 之間，通過各個(gè)測(cè)試點(diǎn)獲得的電壓值，準(zhǔn)確且迅速查找出問題元件，同時(shí)核算出該元件的漂移數(shù)值[4]。

3 模擬電路問題檢測(cè)與診斷策略

3.1 模擬電路單故障診斷方法

假如模擬電路中h 節(jié)點(diǎn)與f 節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)的某個(gè)元件Rhf 出現(xiàn)漂移，使得導(dǎo)納從Yhf變化成Yhf+ΔYhf，并同步導(dǎo)致了該范圍內(nèi)的測(cè)試點(diǎn)電壓從ei轉(zhuǎn)變成ei+Δei，由此可以獲得測(cè)試點(diǎn)i 處的電壓變化數(shù)值為：

通過對(duì)上述公式分析可得，假如模擬電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及測(cè)試點(diǎn)總數(shù)與方位固定不變時(shí)，只對(duì)激勵(lì)節(jié)點(diǎn)方位進(jìn)行變更，由此可以獲得相對(duì)于的對(duì)比電路，這時(shí)模擬電路中任意一個(gè)元件Rhf相比較與初始電路以及對(duì)比電路的測(cè)試點(diǎn)i′均可以得到一個(gè)電壓靈敏性數(shù)值，兩者之間的比值等同于各個(gè)模擬電路中i測(cè)試點(diǎn)以及i′測(cè)試點(diǎn)處的電壓增量比值[5]。

3.2 模擬電路多故障診斷方法

模擬電路故障字典主要適用于單一故障的元件定位與診斷，當(dāng)電路中出現(xiàn)多個(gè)故障點(diǎn)時(shí)，則不能夠直接利用故障字典來查找問題元件[6]。為了解決這樣的問題，本研究中引入了網(wǎng)絡(luò)撕裂法，能夠很好的滿足模擬電路多故障的診斷要求。具體來說，這種方法是主要利用變化電路中的某個(gè)激勵(lì)節(jié)點(diǎn)，從而產(chǎn)生一個(gè)新的對(duì)比電路，緊接著基于相同的方法以及相同的位置將初始電路和對(duì)比電路拆分成若干個(gè)子電路，并且保證每個(gè)子電路中不會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)以上的問題元件，通過這種方式將多問題電路成功劃分為多個(gè)單故障電路，在這種情況下就可以利用故障字典來查找與定位各個(gè)問題元件。

通過變化激勵(lì)節(jié)點(diǎn)方位，可以得到一個(gè)全新的對(duì)比電路L（1），見圖1。

圖1 對(duì)比電路L（1）

采取網(wǎng)絡(luò)撕裂法，將多問題模擬電路轉(zhuǎn)變?yōu)槿舾蓚€(gè)子電路，分別為和，對(duì)應(yīng)的電路圖如圖2 和圖3 所示。

圖2 對(duì)比電路L（1）中的子電路

圖3 對(duì)比電路L（1）中的子電路

假設(shè)在進(jìn)行故障診斷過程中，某個(gè)子電路中查找出兩個(gè)及以上的問題元件，則需要將該電路繼續(xù)劃分為兩個(gè)二級(jí)子電路，緊接著變化激勵(lì)節(jié)點(diǎn)方位，得到相對(duì)應(yīng)的二級(jí)對(duì)比電路，再利用單問題電路故障檢查方法進(jìn)行問題元件定位，若只檢測(cè)出單個(gè)問題元件，則該子電路問題元件檢測(cè)工作結(jié)束；若在二級(jí)子電路中查找到兩個(gè)及以上問題元件，則再將其劃分為兩個(gè)三級(jí)子電路，以此類推，直至診斷出所有的問題元件[7]。

4 實(shí)例仿真模擬

如圖4 為線性模擬電路L 示意圖，節(jié)點(diǎn)1～4 為測(cè)試點(diǎn)，電路圖中元件的額定參數(shù)值分別為：R1、R5 以及R9 均為18Ω；R2、R6 為8Ω；R3 為38Ω；R4、R7 以及R8 均為38Ω；電流Is 為0.8A。改變激勵(lì)節(jié)點(diǎn)方位，得到比較電路圖，如圖5 所示。

圖4 線性模擬電路L

圖5 對(duì)比電路L（1）

利用仿真電路可以知道L 以及L（1）兩個(gè)電路的節(jié)點(diǎn)電壓的靈敏度數(shù)值，采用Aim以及Aim’表示，通過分析靈敏度數(shù)值可以獲得故障字典，如表1。

表1 故障字典

5 結(jié)論

綜上所述，以往的模擬電路故障檢測(cè)主要是針對(duì)故障檢測(cè)與定位，而本文重點(diǎn)進(jìn)行問題元件定位以及漂移量確定，并從單故障電路與多故障電路兩個(gè)方面分別探究了模擬電路性能減弱問題的診斷方法，為提高模擬電路開發(fā)水平提供幫助。