基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電路板故障診斷方法研究

王昌福

（煙臺(tái)汽車(chē)工程職業(yè)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 265500）

0 引 言

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)電路板故障診斷方面的研究較多，本文參考卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電路板故障診斷領(lǐng)域的應(yīng)用與挑戰(zhàn)研究，運(yùn)用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采集和處理故障特征，并取得了一定的研究成果[1]。但此方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中依然存在診斷置信度低的問(wèn)題，進(jìn)而縮短了電路板的使用年限，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。及時(shí)診斷電路板故障，是確保電路板安全穩(wěn)定工作的重要前提條件。在此通過(guò)將模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引進(jìn)到電路板故障診斷方法中，設(shè)計(jì)出了一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電路板故障診斷方法，致力于提高電路板故障診斷精度。

1 基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電路板故障診斷方法

1.1 構(gòu)建電路板故障診斷模型

本文通過(guò)模擬電路，分析電路板電路的基本情況，構(gòu)建了電路板故障診斷模型。設(shè)定電路板中的電流方向和電流極值為電路板的關(guān)鍵檢測(cè)信息，通過(guò)電路板檢測(cè)信息的輸入與輸出，采集電路板運(yùn)行中故障信號(hào)的具體參數(shù)信息[2]。構(gòu)建的電路板故障診斷模型如圖1所示。

圖1 電路板故障診斷模型

如圖1所示，電路板故障信號(hào)具有多樣性的特點(diǎn)，因此必須通過(guò)統(tǒng)一化處理，將多種參數(shù)融合起來(lái)，綜合診斷電路板故障信息。以電路板正常運(yùn)行狀態(tài)下的參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)比電路板故障診斷模型診斷出的故障參數(shù)和標(biāo)志值，提出非故障的電路板參數(shù)信息，為后續(xù)提取離散型故障信號(hào)奠定基礎(chǔ)。

1.2 提取離散型故障信號(hào)

根據(jù)上述構(gòu)建的電路板故障診斷模型，基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取離散型故障信號(hào)[3]?？紤]到電路板中任何一個(gè)單獨(dú)的故障參數(shù)都無(wú)法直接判斷電路板的具體故障，因此可利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，單獨(dú)選用中間層的傳遞函數(shù)和模糊神經(jīng)元數(shù)目作為模糊神經(jīng)元的控制核心，將電路板故障參數(shù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為離散型故障信號(hào)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行有效提取。通過(guò)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的傳遞函數(shù)訓(xùn)練采集到的電路板故障信息，提取離散型故障信號(hào)的有效值，進(jìn)而獲得其映射關(guān)系，提取電路板故障中的離散型故障信號(hào)。

1.3 故障模式分析

在提取電路板離散型故障信號(hào)的基礎(chǔ)上，診斷電路板故障模式[4]。首先，確定融合參數(shù)中的故障參數(shù)與電路板故障模式間的模糊規(guī)則，根據(jù)模糊規(guī)則在輸入層輸入信號(hào)，劃分電路板的故障模塊。其次，對(duì)比故障模式電流流經(jīng)值與標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算兩者之間的差值。最后，結(jié)合電路板中故障的具體位置，定位故障元件，測(cè)試故障元件的電流頻率，判斷其對(duì)電路板運(yùn)行的影響程度。為能夠精準(zhǔn)確定電路板的故障模式，在模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中可以通過(guò)Keil設(shè)置實(shí)際使用的電路板晶振頻率，其單位為MHz，這一參數(shù)對(duì)故障診斷波特率的影響十分關(guān)鍵，能夠有效避免產(chǎn)生故障診斷波特率失真的現(xiàn)象。添加模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中的測(cè)試節(jié)點(diǎn)，將多節(jié)點(diǎn)測(cè)試結(jié)果連線，分析影響負(fù)荷的曲線，將得出的故障模式添加到模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)故障模式獲取對(duì)應(yīng)故障點(diǎn)的目標(biāo)值，此外按照一個(gè)故障模式可對(duì)應(yīng)一個(gè)電路板元部件的方式，對(duì)電路板的故障模式進(jìn)行重新歸類(lèi)，并將相應(yīng)的故障參數(shù)充當(dāng)輸入到模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)。

1.4 基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電路板故障診斷定位

確定電路板故障模式后，在模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊層，通過(guò)使用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法計(jì)算電路板故障診斷幅值，并對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊化處理。在模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊決策層以故障診斷幅值作為電路板故障診斷的定位依據(jù)。假定對(duì)電路板故障診斷幅值的模糊化處理表達(dá)式為s，可得：

式中，s指的是電路板故障模糊化數(shù)值；Hi指的是電路板故障診斷幅值；p指的是初始模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)波長(zhǎng)；ah指的是模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)波長(zhǎng)應(yīng)變量；bh指的是模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)波長(zhǎng)諧振頻率；w指的是模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)波長(zhǎng)諧振矢量；v指的是動(dòng)量系數(shù)。通過(guò)式（1）將電路板故障數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一格式，剔除故障特征不明顯數(shù)據(jù)，排除數(shù)據(jù)集中不確定因素，輸出運(yùn)算結(jié)果，完成基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的電路板故障數(shù)據(jù)處理。在此基礎(chǔ)上，將適應(yīng)值精確到函數(shù)中具體的某一個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)上，實(shí)現(xiàn)基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電路板故障診斷定位。

2 實(shí)例分析

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)對(duì)象選取某型電路板，并設(shè)定其參數(shù)。其中，線路板板材為FR-1，是阻燃覆銅箔酚醛紙層壓板，無(wú)線通信程序?yàn)镸odbus。分別使用傳統(tǒng)故障診斷方法和本文設(shè)計(jì)故障診斷方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，設(shè)置傳統(tǒng)的故障診斷方法為實(shí)驗(yàn)對(duì)照組。依照電路板性能指標(biāo)要求，規(guī)范故障診斷流程，在保證不受到外部環(huán)境干擾的條件下，將本次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)為比較兩種故障診斷方法下的置信度，故障診斷置信度數(shù)值越高證明該故障診斷方法的故障診斷結(jié)果越精準(zhǔn)。試驗(yàn)時(shí)，使用本文設(shè)計(jì)的故障診斷方法對(duì)某型電路板進(jìn)行故障診斷，進(jìn)行10次實(shí)驗(yàn)，設(shè)為實(shí)驗(yàn)組，再使用傳統(tǒng)方法執(zhí)行同樣的操作設(shè)為對(duì)照組，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

根據(jù)上述設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟，采集10組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比兩種故障診斷方法下的故障診斷置信度，結(jié)果如表1所示。

表1 故障診斷置信度對(duì)比結(jié)果

通過(guò)表1可知，本文設(shè)計(jì)的故障診斷方法的故障診斷置信度明顯高于實(shí)驗(yàn)對(duì)照組，具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié) 論

文章通過(guò)研究基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電路板故障診斷方法可知，該故障診斷方法在電路板故障診斷過(guò)程中取得了顯著的應(yīng)用效果，解決了傳統(tǒng)診斷方法置信度低的問(wèn)題。因此，有理由加大基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方法在電路板故障診斷中的應(yīng)用力度。未來(lái)電路板故障診斷方面的發(fā)展可以以模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為核心技術(shù)，為電路板故障診斷領(lǐng)域的研究提供學(xué)術(shù)意義。此外，盡管本文的研究已趨于完善，但還可以進(jìn)一步完善電路板故障診斷方法的設(shè)計(jì)，建立完整的數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)高效精準(zhǔn)地診斷電路板故障。