模擬電路故障診斷第二章-LB

模擬電路故障診斷第二章-LB第一頁，共49頁。第二章故障字典法1.明確故障的診斷范圍:

由于故障通常大都是元件參量的變異，而模擬電路中元件參量的變值是連續(xù)的，因此可以認為故障狀態(tài)是無限多的，這顯然不可能在一本篇幅有限的字典中完全羅列出來。為此，在著手編制一本故障字典之前，必須首先明確這本故障字典的診斷范圍。通?？偸歉鶕?jù)元件的可靠性與以往維修工作中的經(jīng)驗，把最常遇到的一些故障作為一本字典的診斷范圍。一本故障字典適用的對象一般只是某一特定設備或某一專門電路，而不是任一設備或任一電路。而且認為常見的故障大多是硬故障，即元件的開斷或短路等，而很少是元件參量連續(xù)變值的軟故障。電子科大第二頁，共49頁。第二章故障字典法2.辨明故障的征兆:

每種故障都有其各種征兆。編纂一本故障字典時，首先必須把故障診斷范圍內的每一種故障的種種征兆搜集整理在一起，再按便于查找、檢索故障的某種方式進行編排。故障的征兆既可以用特定激勵下的響應來體現(xiàn)，也可以用為了獲得某一特定響應的激勵來表達，有時候還需要用多種激勵和其相應的多種響應來表征，以便區(qū)別不同的故障。這些征兆一般總是在診斷測試之前，通過對被診斷電路的擬似(simulation)而取得。一般是在計算機上進行擬似，必要時也可用實物擬似。電子科大第三頁，共49頁。第二章故障字典法3.在線診斷要快速準確:

當待診斷對象出現(xiàn)故障后，即按與編寫字典時辨明故障征兆相同的步驟對待診斷對象進行檢測，再在字典中按所得征兆逐個查找。但實際中經(jīng)常存在著這樣一種情況，即多個不同的故障有著相近的征兆，這時就需按一定的判別準則加以區(qū)分，以確定它為某一故障。電子科大第四頁，共49頁。第二章故障字典法字典法本質上是一種經(jīng)驗性的診斷方法，因此對于那些沒有條件進行解析分析或難于獲得其輸入-輸出解析特性的系統(tǒng)非常適用，而且字典法的在線診斷又比較簡便省時，這是它的優(yōu)點。但實際上，字典法一般還只局限于處理單個故障，且故障類型都為硬故障。若要診斷多個故障及軟故障，則對待測電路預先要作大量擬似，還要保證對故障狀態(tài)具有較高的分辨率電子科大第五頁，共49頁。2.1直流域中字典的建立以下圖2.1.1的一個視頻放大器為例來說明編寫一本直流域字典的一般過程。電子科大第六頁，共49頁。電子科大圖2.1.1第七頁，共49頁。2.1直流域中字典的建立模擬電路的故障大約有80%是硬故障，其中又有60~80%是電阻開斷、電容短路以及三極管和二極管等引出線的開斷或短路而引起的故障。解決實際問題得首先從解決這些硬故障入手。以視須放大器為例進行討論。設該電路有20種最常見的故障狀態(tài)可作為所編故障字典的診斷范圍，它們在表2.1.1中按序號一、二，……二十編排。電子科大第八頁，共49頁。2.1直流域中字典的建立表2.1.1表中Q表示三極管，DZ表示穩(wěn)壓管，O指開斷，S指短路;BES,CES及BCS分別表示三極管相應各極之間的短路，BO表示基極的開路。顯然，這里定義的故障均系硬故障。由上表可以看出，所定診斷范圍實際上未包括圖2.1.1中所有的九個三極管，僅包括其中的前六個，而未考慮后三個，而還不包括電感的硬故障。又由于電路中無電容，因此對該放大器電路便于在直流域中建立其故障字典。電子科大第九頁，共49頁。2.1直流域中字典的建立由圖2.1.1該電路共有43個節(jié)點，其中節(jié)點14是輸入節(jié)點，可作為激勵端口，在該節(jié)點上允許施加正負30V的直流電壓作為激勵信號。為敘述方便起見，先設可測節(jié)點為十個，即節(jié)點2,5,8,11,16,18,26,27,33,6。通?？捎迷谡?0V直流信號激勵下各可測節(jié)點上的電壓作為故障征兆來建立故障字典。雖然該電路是非線性的，但這些節(jié)點電壓均可由通用的電路分析程序經(jīng)擬似而獲得。電子科大第十頁，共49頁。2.1直流域中字典的建立為了說明清楚起見，這里用SPICE程序進行擬似，所得數(shù)據(jù)如表2.1.1所示。由表2.1.1可見，節(jié)點36的電壓對診斷這20種故障不提供任何有用信息。因為不論激勵是+30V還是-30電壓，不論在無故障的標稱狀態(tài)，還是在20種故障狀態(tài)下節(jié)點36上的電壓值在-0.47~-0.48V范圍內。節(jié)點18上電壓除了在故障狀態(tài)一時略高以外，均在0.04~0.05V范圍內。電子科大第十一頁，共49頁。2.1直流域中字典的建立 在表2.1.1還可發(fā)現(xiàn)，除了上述兩節(jié)外，節(jié)點26、27、33上電壓值基本上是相關的，因此它們三者提供的信息完全一致，并且和節(jié)點2上的電壓所提供的信息基本類同，但在故障狀態(tài)十九及二十情況下尚有差別。所以節(jié)點26、27、33在20種故障狀態(tài)下所提供的信息事實上微乎其微，可不予考慮。因此，以上五個節(jié)點上的電壓可以不必存儲，在線診斷時也不用測量。電子科大第十二頁，共49頁。2.1直流域中字典的建立

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故障擬似時，由于電路分析程序中非線性器件特性的表達式難免與被診斷器件的特性不完全一致，因此表2.1.2中擬似的節(jié)點電壓總不免有些偏差，這是需要注意的一個方面;在線診斷時，由于測試中存在誤差以及待診斷電路中無故障元件的容差等因素，所測得的節(jié)點電壓也不免有些偏差，這是需要注意的另方面。為此，在建立字典時，要把最壞場合的情況考慮在內，故通?？捎肕onte-Carlo法擬似。 建立字典時，把電路施加各次激勵時所有可測節(jié)點上的電壓擬似值劃分幾個模糊集，以便用模糊觀點來確定電路中故障狀態(tài)，這樣對在線診斷查找字典也較簡便有效。電子科大第十六頁，共49頁。2.1直流域中字典的建立

模糊集的劃分可按如下原則進行。把與各個故障狀態(tài)以及無故障標稱狀態(tài)相對應的所有節(jié)點電壓擬似值作為原始數(shù)據(jù)，挑選其中比較密集的數(shù)據(jù)群構成數(shù)個模糊集。各模糊集之間當然不允許有相互重疊的情況，而且各模糊集之間應盡可能分離。每一模糊集所覆蓋的具體電壓值可根據(jù)具體情況而定。對于表2.1.2中節(jié)點2,5,8,11,16上的電壓數(shù)據(jù)，根據(jù)各模糊集之間不應重疊而且務須分離的原則，可具體劃分為下列I、II、III、IV四個模糊集：I0~1.25V II2.25~4.0V III6.0~8.15V IV9.8~11.2V電子科大第十七頁，共49頁。2.1直流域中字典的建立

此外有額外值25V。顯然，Ⅰ、Ⅱ模糊集之間有約1V的間隔，Ⅱ、Ⅲ模糊集之間及Ⅲ、Ⅳ模糊集之間均有約2V的間隔，而每一模糊集所覆蓋的電壓量程也不過1~2V上下。至于額外值25V，與前四個模糊集間隔更大。從這里也可以看出，我們之所以刪去18,26,27,33，36五個節(jié)點，不僅因為它們對該診斷范圍內的20種故障狀態(tài)提供的信息不多或甚至不提供任何信息，而且也是為了有利于選取更合適的模糊集。例如上述分集情況下，如果需要考慮節(jié)點18，正負30V電壓激勵時，存在故障狀態(tài)一時所出現(xiàn)的1.8V，就難處理了。根據(jù)上述劃分，可得表征各節(jié)點電壓在各模糊集上的故障狀態(tài)的表2.1.3。電子科大第十八頁，共49頁。

電子科大第十九頁，共49頁。第二章故障字典法

所獲得的故障征兆能否有效地區(qū)分出不同的故障狀態(tài)。例如，當+30V激勵時，若節(jié)點8上的電壓落在模糊集I中，則該電路中的故障必為故障三，同樣地，當+30V激勵時，節(jié)點11上的電壓落在模糊集III中，則該電路中的故障三，兩者可相互驗證。再例如，在+30V激勵時，若節(jié)點2上的電壓落在模糊集II或為額外值25V，則相應的故障必分別唯一地為故障二十或十九，又節(jié)點8上的電壓落在模糊集Ⅱ、Ⅳ或為額外值25V，則相應的故障必分別唯一地為故障十六、七、十五。再例如當-30V激勵時，若節(jié)點5上的電壓落在模糊集Ⅱ、Ⅳ或為額外值25V，則相應的故障必分別唯一地為故障十八、九、十七；若節(jié)點11上的電壓落在模糊集I、II、Ⅳ或為額外值25V,則相應的故障必分別唯一地為故障二、十四、五、十三。由此可見這些故障狀態(tài)諸如二、三、五、七、九、十三、十四、十五、十六、十七、十八、十九、二十均可在正負30V激勵時根據(jù)據(jù)某可測節(jié)點上電壓是否出現(xiàn)在某一模糊集中而唯一地被確定。電子科大第二十頁，共49頁。2.1直流域中字典的建立

至于另外一些故障，可利用交及對稱差的運算確定之。例如故障四就可在不出現(xiàn)故障二、五、十三的情況下，通過-30V激勵節(jié)點8上電壓是否落在模糊集III、或節(jié)點5上電壓是否落在模糊集I而被唯一地確定。故障六可在確定故障十六不出現(xiàn)情況下，由+30V激勵時節(jié)點5上電壓不落在模糊集I而節(jié)點8上電壓卻出現(xiàn)在模糊集III而得以被唯一地確定。故障八可在確定故障十八不存在的情況下，由-30V激勵時節(jié)點2上電壓不落在模糊集I而節(jié)點5上電壓落在模糊集III中而得以被唯一地確定。 此外，在確定不存在故障十九情況下，故障十和十二在+30V激勵時，節(jié)點5上電壓落在模糊集I而節(jié)點16上電壓不落在模糊集I而得以被同時確定。但是它們雖能被確定，卻難以判定具體對應哪一故障。余下的故障一和無故障狀態(tài)0也是如此，只有再利用節(jié)點18上的電壓才可以區(qū)別它們。電子科大第二十一頁，共49頁。2.1直流域中字典的建立 通過上例可以看出，下同節(jié)點上的不同激勵在診斷故障時所起的作用并不一樣。節(jié)點2,8,11在+30V激勵時和節(jié)點5,11在-30V激勵時都對診斷起著較大的作用。 總之，建立故障字典時，在確定診斷范圍后，需要選擇測試點，也可改變輸入激勵量甚至還可適當調整模糊電壓集量程，這樣才能最終分辨清楚各種故障狀態(tài)。 電子科大第二十二頁，共49頁。2.2頻域中字典的建立 對于線性交流電路，可根據(jù)它的頻率響應來構造故障字典。頻域字典法的優(yōu)點是所需硬件比較簡單，只要有正弦信號發(fā)生器及電壓表就可以了。若有矢量電壓表或頻譜儀就更好了。 線性電路的頻域分析理論已十分成熟，因此頻域中建立故障字典的方法也較多，這些方法大都基于各種網(wǎng)絡函數(shù)的幅頻特性和相頻特性。下面分別介紹之。 電子科大第二十三頁，共49頁。2.2頻域中字典的建立電子科大第二十四頁，共49頁。2.2頻域中字典的建立電子科大第二十五頁，共49頁。2.2頻域中字典的建立電子科大第二十六頁，共49頁。2.2頻域中字典的建立電子科大第二十七頁，共49頁。2.2頻域中字典的建立電子科大第二十八頁，共49頁。2.2頻域中字典的建立電子科大第二十九頁，共49頁。2.2頻域中字典的建立電子科大第三十頁，共49頁。2.2頻域中字典的建立電子科大第三十一頁，共49頁。2.2頻域中字典的建立電子科大第三十二頁，共49頁。2.2頻域中字典的建立電子科大第三十三頁，共49頁。2.2頻域中字典的建立電子科大第三十四頁，共49頁。2.2頻域中字典的建立電子科大第三十五頁，共49頁。2.2頻域中字典的建立電子科大第三十六頁，共49頁。2.2頻域中字典的建立電子科大第三十七頁，共49頁。2.3時域中字典的建立對于線性或非線性動態(tài)電路，可以利用它的時域響應，擬似出它在時域中的各種故障征兆，從而建立故障字典。 電子科大第三十八頁，共49頁。2.3時域中字典的建立電子科大第三十九頁，共49頁。2.3時域中字典的建立電子科大第四十頁，共49頁。2.3時域中字典的建立(二)激勵信號設計法對于線性待測動態(tài)電路，在其發(fā)生故障前后，若把它從其零狀態(tài)驅使到零狀態(tài)，兩者所要求的非平凡激勵信號是不相同的，因此可用激勵信號參數(shù)來標志電路的各種故障，這就是激勵信號設計法。 電子科大第四十一頁，共49頁。2.4故障的識別與分辨 這一節(jié)將討論如何依靠故障字典，根據(jù)待測電路在線診斷時所得測試結果來唯一地確定電路處于何種故障狀態(tài)，即故障的識別。 電子科大第四十二頁，共49頁。2.4故障的識別與分辨在2.1節(jié)中已經(jīng)提到，根據(jù)在線診斷所得的測試數(shù)據(jù)，通常將它們模糊處理并量化后作為征兆，然后查閱故障字典。此時除有可能直接識別故障外，也可以把所得征兆對照字典進行交或對稱差的運算，然后將電路中的故障狀態(tài)逐個區(qū)分并加以識別。電子科大第四十三頁，共49頁。2.4故障的識別與分辨不僅在直流域中(2.1)，在頻域（2.2）及時域中（2.3）都有可能采用交或對稱差的運算處理辦法來識別故障。實踐證明，交或對稱差的運算處理確實是識別故障的一